Химическая кинетика - раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических процессов, а также зависимость их от различных факторов. Теоретическое значение кинетики состоит в том, что она позволяет проникнуть в сущность механизма химического взаимодействия. Прикладное значение кинетики определяется тем, что для практического использования какой - либо реакции необходимо управлять ею, т.е. знать скорость ее протекания в данных условиях и способы изменения этой скорости. С точки зрения течения во времени любой химический процесс можно представить в виде следующей записи:
реагенты (исходные вещества) ® переходное состояние ® продукты реакции
Реагенты (исходные вещества) - вещества, вступающие в процесс химического взаимодействия.
Продукты реакции - вещества, образующиеся в процессе химического превращения и не претерпевающие в ходе этого процесса дальнейших химических изменений (следует иметь в виду, что для обратимых реакций продукты прямой реакции являются реагентами обратной реакции). Выявление и учет среднего звена (переходное состояние), раскрывающего механизм процесса, сложная проблема, т.к. в отличие от реагентов и продуктов реакции промежуточные продукты выделить и изучить удается редко. Прежде, чем перейти к рассмотрению основ химической кинетики, введем некоторые понятия, которыми она оперирует.
Необратимые реакции - реакции, протекающие при данных условиях только в одном направлении (обозначают знаком ® или =).
Обратимые реакции - реакции, протекающие при данных условиях одновременно в двух противоположных направлениях (обозначают знаком «или =).
Скоростью химической реакции называется число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице реакционного пространства.
Скорость химической реакции определяют изменением количества любого участника реакции в единицу времени в единице реакционного пространства. В связи с тем, что в реакции принимают участие в качестве реагентов и продуктов реакции несколько веществ, можно говорить не о скорости химического процесса вообще, а о скорости реакции по некоторому веществу.
Изменение (D) количества этого вещества следует выражать числом моль (n) этого вещества, прореагировавшего за промежуток времени от t 1 до t 2 (Dt) в единице объема (V):
| (5.1) |
Так как отношение
,
т.е. равно молярной концентрации вещества, то для гомофазных реакций, идущих при постоянном объеме (V = const), выражение (5.1) переходит в
| (5.2) |
где u - средняя скорость реакции.
Скорость реакции всегда определяется как величина положительная. Концентрация определяет относительное содержание вещества в системе.
Таким образом, скорость реакции может быть определена или как скорость исчезновения реагента, или как скорость образования продукта реакции. Чтобы получить истинную (мгновенную) скорость процесса в данный момент времени t, надо от конечных приращений (D) перейти к бесконечно малым (d):
| (5.5) |
где u - истинная скорость реакции.
Для гомофазного химического процесса, идущего при постоянном объеме, скорость процесса по некоторому веществу измеряется изменением молярной концентрации этого вещества в единицу времени.
Обычно размерность скорости u |моль/л·с|. Для гетерогенных систем скорость реакции относится к единице площади поверхности, на которой протекает реакция, поэтому u |моль/л·с·м2|.