ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА изучает скорость, механизм протекания процесса и факторы, влияющие на скорость.
Скорость реакции - количество вещества, образующееся в единице реакционного объёма (для гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции) в единицу времени
Гомогенная реакция протекает в гомогенной системе, гетерогенная – на границе раздела фаз.
моль/(л.с) моль/ (м2с) , моль/л
V– объём реакционной зоны; S-поверхность раздела фаз;
τ-время; ni– количество i – го вещества.
Средняя скорость (в определенный промежуток времен )Мгновенная скорость( в конкретный момент времени).
для исходных веществ - отрицательно, для продуктов – положительно.
Кинетические кривые – кривые, отражающая изменение концентрации какого-либо вещества от времени в ходе реакции
А → В С = f (τ)
Задача 1.
За 1 с в единице реакционного пространства образуется по трем реакциям 66 г СО2, 68 г Н2S и 51 г NН3. Скорость образования какого из веществ больше?
Решение. Количество вещества (ν) в молях каждого из продуктов реакции
где R – реакционное пространство, Dν – изменение количества вещества за время Dτ;
Скорость образования NН3 больше, чем скорости образования Н2S и СО2.
Простые (элементарные) реакции протекают в одну стадию.
Сложные – суммарный результат протекания нескольких простых реакций.
Простые классифицируют по молекулярности. Молекулярность -число молекул, участвующих в элементарном химическом акте:
целое (+) число: 1,2, реже 3
1 – мономолекулярные:I2 ® 2I
2 – бимолекулярные: H2 + I2 ® 2HI
3 – тримолекулярные: 2NO + Cl2 ® 2NOCl
Запись простой реакции отражает механизм ее протекания, сложной– не отражает механизма протекания процесса: 2N2O5 ® O2 + 2N2 O4
Стадияи:
1 N2O5 ® O2 + N2O3 быстро
2 N2O3 ® NO + NO2 медленно
3 2NO2 ® 2N2O4быстро
медленная стадия (2) – лимитирующая стадия, определяет скорость
Cкорость реакции зависит от:
1) природы реагирующих веществ,
2) концентрации или давления реагирующих веществ,
3) температуры
4) катализатора
Влияние концентрации на скорость реакции
Условия протекания реакции A+B→ K +L:
1 - одновременное нахождение А и В в определённой точке реакционного пространства;
2 - удачное их столкновение.
Вероятность (ω) нахождения молекулы для каждого из веществ прямо пропорциональна его концентрации: ωA = α×CаA, ωB = β×C вB.
Вероятность одновременного нахождения обеих молекул в одной точке пространства, т.е. их столкновения: ω = ωA × ωB = α×CаA × β×CвB.
γ – доля удачных столкновений
Уравнение, связывающее скорость реакции с концентрацией исходных веществ - кинетическое.
Основное кинетическое уравнение
k - константа скорости:
а) не зависит от концентрации
б) зависит от температуры, природы реагирующих веществ, катализатора, площади поверхности раздела фаз.
k – удельная скорость: , если СА = СВ = 1моль/л
а, в – частные порядки реакции по веществам А и В (определяются экспериментально) n = (а + в) – общий порядок реакции
В простыхреакциях: n = 1, 2 редко 3 и общий порядок равен молекулярости. H2 + I2 ® 2HI – простая (элементарная) реакция
а(Н2) =1, в(I2) =1 ,т.е. порядки реакции по веществам равны стехиометрическим коэффициентам n = 1+1 =2 Þ
закон действующих масс для химической кинетики.
В сложных реакциях: n = 0, целочисленные, дробные, (-),(+) (определяются экспериментально)