Химическая кинетика

Химическая кинетика

Химическая кинетика.

Химическая кинетика изучает скорость и механизм хода химических процессов. Скорость реакций определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Концентрацию обычно выражают числом молов в 1 л раствора, время - в секундах.

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции : концентрации реагентов, температуры, присутствия катализаторов, поверхности раздела фаз в гетерогенной системе, а также от давления, если реагенты - газы, потому что в этом случае с изменением давления изменяется концентрация реагентов.

Зависимость скорости реакции от концентрации для элементарных процессов выражается законом действия масс: скорость химической реакции прямо пропорциональная произведению концентраций реагирующих веществ, которые возведены в степень их стехиометрических коэффициентов.

Для реакции aА bВ ? dD fF скорость выражается уравнением v = k  сa(A)  сb(B),

где с(A), с(B) - молярные концентрации веществ (моль/л), k - константа скорости, которая зависит от природы вещества, температуры, катализаторов и не зависит от концентрации реагирующих веществ. Если в реакции, кроме газа или жидкости, участвует также твердое вещество, концентрация которого постоянна, то скорость реакции изменяется только в зависимости от концентрации газов и растворимых веществ, потому что масса твердого вещества не влияет на скорость реакции.

Химическая кинетика, при повышении температуры на каждые 10 °C скорость реакции растет в 2 - 4 раза (температурный коэффициент). Если известная скорость реакции при температуре t1 и температурный коэффициент, то скорость реакции при любой температуре приблизительно может быть вычислена по формуле Вант-Гоффа.

Энергия активации - минимальная избыточная энергия, которую должны иметь молекулы по отношению к значению средней энергии реагирующих молекул для того, чтобы реакция стала возможной. Зависимость константы скорости реакции от температуры определяется за уравнением Аррениуса.

Все химические реакции можно разделить на оборотные и необоротные. Первые протекают одновременно в прямом и обратном направлениях, но с разной скоростью. Через какое-то время после их начала скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, и наступает химическое равновесие. В принципе все химические реакции оборотные, однако, в определенных условиях реакция протекает в одном направлении к полному исчезновению исходных веществ. Такие реакции являются необоротными.

К ним относятся процессы, которые сопровождаются выпадением осадка, выделением газу, образованием малодисоциирующиъ веществ, а также процессы, которые сопровождаются очень большим выделением теплоты. Всякий самодовльный процесс сопровождается излишком энергии Гиббса DG; поэтому критерием протекания химической реакции служит неравенство DG < O. Когда наступит равновесие, эта величина достигает минимума, то есть критерием равновесия является равенство DG = 0. Величина DG связана с тепловым эффектом реакции уравнением: DG=DН - ТDS, где DS - изменение энтропии в процессе.

Значения DG и DS зависят от концентрации реагирующих веществ. Поэтому для сопоставления разных реакций и для характеристики влияния температуры на процесс необходимо пользоваться какими-либо сравнимыми состояниями. В качестве последних принимают состояние реакционной смеси, в которой концентрация каждого вещества равняется единице. Такие условия называют стандартными, а стандартные величины обозначаются индексом ° (например, DG° ).

Для любой реакции aА вВ ? fF dD, в состоянии равновесия выполняется соотношение:

K =, где - концентрации веществ в момент равновесия, K - константа химического равновесия, которое зависит от температуры.

Направление сдвига равновесия в зависимости от изменения температуры, концентрации или давления определяется принципом Ле-Шателье: если на систему, которая находится в состоянии равновесия, подействовать извне каким-либо фактором (изменение концентрации, температуры или давления), то в системе возникают процессы, которые уменьшают эффект этого влияния. Да, при повышении температуры равновесие смещается в сторону реакции, которая идет с поглощением тепла. При повышении давления равновесие смещается в сторону тех реакций, которые уменьшают объем системы и т.п.