Скорость химической реакции. Зависимость Аррениуса. Энергия активации.

закон действующих масс выражает зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. При P и T-const или при V и T-const скорость хим. р-ции в однородной среде пропорциональна произведению [ ] реагир-их в-в.

Скорость химической реакции –это изменение количества реагирующего вещества или продукта реакции за единицу времени в единице объема (для гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции).

Зав-ть ск-ти реакции от T

Скорость гомогенной так и гетерогенной при Р-const зависит от температуры и концентр. реагирующих веществ.
С ростом температуры – скорость химической р-ции очень быстро возрастает.
Константа скорости реакции-K- характериз. собой ск-ть хим. реакции при данной T.
След-но чтобы определить ск-ть ракции горения от Т достаточно опред. К- эта зав-ть устан-ся законом Аррениуса lnk = lnk₀ – E/RT

Выражение Аррениуса.

Const скорости р-ции – k – характерез. соб-ной скорости хим.р-ции при данной тем-ры, => чтобы опред-ть завис-ть скорости р-ции горения от тем-ры достаточно определ. k – эта зависимость устанав-ся з-ом Аррениуса:

lnk = lnk₀ – E/RT lnk~(1/T)

k = k₀exp(E/RT) = k₀e^-(E/RT), где

k₀– предэкспонента; Для бимолекулярной реакций К₀=полному числу двойных соударений

^ E – эн-ия активации;

R – универсальн. газовая пост.;

T – абсолютная тем-ра.

Чем выше Е актив-ции, тем ­ зав-ть ск-ти хим. реакции от Т. Чем ¯ Е актив. тем ¯ зав-ть.

Энергия активации

Аррениус предположил, что реагировать между собой могут только те молекулы, которые находятся в активной форме, образующиеся из обычных молекул. Такие молекулы были названы активными, а энергия, необходимая для перевода обычных молекул в активное состояние, энергией активации.

В самом деле, в ходе химической реакции разрушаются одни и возникают другие молекулы, происходит изменение химических связей, т.е. перераспределение электронной плотности. Если бы старые связи в ходе реакции сразу полностью разрушались, то на это потребовалось бы большое количество энергии, и реакция протекала крайне медленно. Как показали исследования, в ходе реакции система проходит через переходное состояние, через образование активированного комплекса

В активированном комплексе старые связи еще не разорваны, но уже ослаблены, новые связи наметились, но еще не образовались. Время существования его не велико (10‾¹⁴ – 10‾¹¹ с). При распаде комплекса образуются либо продукты реакции, либо исходные вещества. Для образования переходного комплекса необходима энергия. Система в переходном состоянии имеет более высокую энергию, чем в исходном и конечном состояниях.

Энергия, необходимая для перехода вещества в состояние активированного комплекса, называется энергией активации.

Образование активированного комплекса определяется энергией молекул. Молекула, энергия которой достаточна для образования активированного комплекса, называется активной. Доля таких молекул зависит от температуры. При высоких температурах доля активных молекул, энергия которых равна или выше энергии активации, велика и, соответственно, растет доля молекул способных к активным столкновениям с образованием активированного комплекса, т.е. реакции идут быстро. Чем выше энергия активации, тем меньше доля частиц, способных к активному взаимодействию. Экзотермические реакции протекают с меньшей энергией активации, чем эндотермические (рис.18). Высокая энергия активации (высокий энергетический барьер) является причиной того, что многие химические реакции при невысоких температурах не протекают, хотя термодинамическивозможны (ΔG < 0).

Итак, энергия активации – это энергия, необходимая для перехода частиц в состояние активированного комплекса. Частицы, энергия которых равна или выше энергии активации, называются активными. С ростом температуры растет доля этих частиц и соответственно скорость реакции. С увеличением энергии активации уменьшается доля активных молекул и скорость реакции.

Горение металлов.

На поверхности металлов в процессе окисления образуются твердые оксиды, пленка которых препятствует прямому контакту с кислородом воздуха. На способность металлов возгораться и гореть большое влияние оказывают физико-химические свойства как самих металлов, так и их оксидов. Главными из этих свойств являются температуры плавления и кипения металлов и их оксидов. По этим физическим свойствам металлы подразделяются на летучие и нелетучие. Все летучие металлы (К, Na, Li, Mg, Ca) имеют низкую температуру

Плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура кипения их (кроме калия) ниже температуры плавления оксидов. Поэтому на жидком металле могут находиться твердые оксиды. При контакте металла с пламенем – он нагревается и окисляется. Дальнейший нагрев металла приводит к его испарению. Пары металла диффундируют сквозь пористый твердый оксид в воздух. При достаточной кон- центрации паров начинается горение, и большая часть теплоты горения передается металлу, – в результате он вновь нагревается до температуры кипения, – происходит разрыв корки оксида и более интенсивное горение.

Пары оксидов конденсируются в воздухе и превращаются в мельчайшие твердые частицы – дым. Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения металлов. Нелетучие металлы имеют свои особенности горения (температура плавления оксидов часто ниже температуры кипения металлов, поэтому они могут находиться на поверхности металлов в жидком состоянии) – Al, Si, Ti, Zr. Горение этих металлов происходит энергичнее в состоянии порошков, аэрозолей и стружки без образования дыма. Титан способен образовывать твердый раствор оксида в металле, поэтому у него отсутствует четкая поверхность раздела между оксидом и металлом. Кислород воздуха имеет возможность диффундировать через оксид, в результате горение может продолжаться, если титан покрыт слоем твердого оксида. Температура горения титана около 3000 С, т. е. ниже, чем температура кипения его оксида. В связи с этим в зоне горения оксид титана находится в жидком состоянии и образования плотного белого дыма не происходит.

Поиск по сайту: