ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА.
ХИМИЧЕСКОЕ И ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ. КАТАЛИЗ
Химическая кинетика
Раздел химии, изучающий скорости химических реакций, называется химической кинетикой. Химическая кинетика устанавливает временные закономерности протекания химических реакций, связь между скоростью реакции и условиями ее проведения, выявляет факторы, влияющие на скорость и направление химических реакций.
Процесс химического превращения исходных веществ в продукты реакции, протекающий во всем объеме гомогенной системы, называется гомогенной химической реакцией. Например, при сливании и перемешивании растворов серной кислоты и тиосульфата натрия помутнение, вызываемое появлением серы, наблюдается во всем объеме раствора:
H2SO4 + Na2S2O3 = Na2SO4 + H2O + S + SO2.
Гетерогенной химической реакцией называется реакция между веществами, образующими гетерогенную систему, и протекающая на поверхности раздела фаз. Например, растворение металла в кислоте
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
может протекать только на поверхности металла, потому что только здесь идет соприкосновение реагирующих веществ.
Если реакция протекает в результате непосредственного превращения молекул исходных веществ в молекулы продуктов реакции, то такая реакция называется простой или элементарной. Большинство реакций включают несколько элементарных реакций и называются сложными.
Сложные реакции бывают:
1) Последовательными – если продукт одной из элементарных реакций является исходным веществом в другой и, таким образом, расходуется;
2) Параллельными – если в каждой из элементарных реакций участвует одно и то же исходное вещество;
3) Последовательно-параллельными – одновременно протекают последовательные и параллельные реакции.
В сложных химических реакциях скорость образования конечных продуктов реакции часто зависит от скорости лишь одной, наиболее медленно протекающей элементарной реакции, называемой лимитирующей. Совокупность элементарных реакций, из которых складывается сложная химическая реакция, называется механизмом хим. реакции.
Скорость химической реакции
Скорость химической реакции – это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени в единице объема (для гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции). Это определение можно записать в виде производной:
где v – скорость реакции; t – время, c – концентрация.
Если время измерять в секундах, а концентрацию – в молях на литр, то скорость реакции измеряется в единицах моль/(л·с).
Таким образом, скорость реакции не зависит от объема реакционной смеси: при одинаковых условиях она будет одинаковой и в маленькой пробирке, и в многотоннажном реакторе.
Графически скорость процесса будет представлять угловой коэффициент наклона касательной к кривой в точке, соответствующей данному моменту времени (τ1) и равна тангенсу угла наклона.
Величина d t всегда положительна, тогда как знак d c зависит от того, как изменяется со временем концентрация – уменьшается (для исходных веществ) или увеличивается (для продуктов реакции). Чтобы скорость реакции всегда оставалась величиной положительной, в случае исходных веществ перед производной ставят знак минус: v = –d c /d t. Если реакция идет в газовой фазе, вместо концентрации веществ в уравнении скорости часто используют давление.
Факторы, влияющие на скорость хим.реакции:
1) Природа реагирующих веществ;
2) Их концентрация;
3) Температура;
4) Присутствие в системе катализаторов.