Презентация - Химическая кинетика

Химическая кинетика – это раздел химии, изучающий скорость и механизмы протекания химических реакций. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией. Скорость реакции – количество элементарных соударений взаимодействующих частиц, заканчивающихся химическим превращением, за единицу времени. Скорость гомогенной реакции V – это изменение концентрации реагирующего вещества С за единицу времени :
Единицей измерения скорости является моль•л-1•с-1.

Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется гетерогенной, и скорость ее определяется изменением количества вещества n в единицу времени на единицу реакционной поверхности:   v = n / (S· )

На скорость реакции влияют следующие факторы: 1. Природа реагирующих веществ – характер химических связей в соединениях, строение молекул. 2. Концентрация реагирующих веществ. 3. Температура. 4. Поверхность соприкосновения реагентов. 5. Катализатор.

Закон действия масс Скорость химической реакции, при прочих равных условиях, зависит от числа столкновений реагирующих частиц в единицу времени. Вероятность столкновения зависит от количества частиц в единице объема, т.е. от концентрации. Зависимость скорости простой или элементарной реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс: скорость реакции пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Для реакции аА + bB  …закон выражается кинетическим уравнением:
где СА и СВ – молярные концентрации реагирующих веществ А и В, моль/л; a и b – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции; k– коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости.

Константа скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора, но не зависит от концентраций реагентов и численно равна скорости реакции при условии СА = СВ =1.
.
для гомогенной реакции:
закон действия масс запишется в следующей форме:

Если одно из реагирующих веществ находится в твердом состоянии, то реакция происходит на поверхности раздела и в уравнение закона действия масс концентрация твердого вещества не включается. Так, для реакции aA(г) + bB(к)  … закон действия масс запишется в форме:
для гетерогенной реакции:
закон действия масс запишется в следующем виде:

Зависимость скорости реакции от температуры При повышении температуры скорость химических реакций увеличивается в основном благодаря тому, что увеличивается число эффективных соударений.  Правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10° скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза:
где – vT скорости реакции при температурах Т1 и Т2.  - температурный коэффициент, который показывает во сколько раз, возрастает скорость данной реакции при повышении температуры на 10 градусов.

При обычных температурах его значения для большинства реакций лежит в пределах от 2 до 4. Между скоростью протекания химической реакции и ее продолжительностью существует обратно пропорциональная зависимость:
где время протекания реакции при температурах Т1 и Т2.
Увеличение скорости реакции с повышением температуры объясняется увеличением числа активных молекул, т.е. молекул, обладающих достаточной энергией для осуществления химического взаимодействия при их столкновении

Поверхность соприкосновения реагентов В гетерогенных реакциях химическое взаимодействие происходит на поверхности раздела фаз. Увеличение площади поверхности твердого вещества путем его измельчения приводит к существенному ускорению реакции.

Катализаторы и ингибиторы Катализаторы – это вещества, увеличивающие скорость реакции. Катализатор образует с одним из реагентов промежуточное соединение, которое реагирует с другим исходным веществом, образуя продукты реакции и высвобождая катализатор. Ускоряющее действие катализатора, как правило, заключается в уменьшении энергии активации катализируемой реакции. Ингиби́торы  —вещества, подавляющие или задерживающие физико-химических процессов. Действие ингибиторов характерно для каталитических и цепных реакций, протекающих с участием активных центров или частиц. Торможение или предотвращение реакции обусловлено тем, что ингибитор блокирует активные центры катализатора или реагирует с активными частицами с образованием малоактивных радикалов.

Добавление катализатора позволяет увеличить скорость химической реакции – направить ее по другому пути, заменив прямое взаимодействие, например, веществ А и В серией последовательных реакций с третьим веществом К, которые требуют гораздо меньших затрат энергии (имеют более низкий активационный энергетический барьер) и протекают при данных условиях быстрее, чем прямая реакция. A + K = AK AK + B = AB + K

Давление   При повышении давления повышается концентрация газов. Математическое выражение этой зависимости (для идеального газа) — уравнение Менделеева-Клапейрона:   pV = νRT   Таким образом, если среди реагентов есть  газообразное вещество, то при повышении давления скорость химической реакции увеличивается, при понижении давления — уменьшается.