Химическая кинетика

Область химии, рассматривающая скорости и механизмы химических процессов, и факторы, влияющие на них, называется химической кинетикой.

Различают реакции, протекающие в гомогенной системе (гомогенные реакции) и реакции, протекающие в гетерогенной системе (гетерогенные реакции). Системой в химии называется отдельное вещество или несколько веществ, находящихся во взаимодействии, и мысленно обособленных от окружающей среды. Гомогенная система состоит из одной фазы, гетерогенная система состоит из нескольких фаз. Фаза – совокупность всех однородных частей системы, обладающих одинаковыми свойствами и отделенная от остальных частей системы поверхностью раздела.

Скоростью химической реакции называется число элементарных взаимодействий, происходящих в единицу времени в единице объема (в случае гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (в случае гетерогенной реакции). Скорость реакции обычно характеризуют изменением концентрации какого-либо из исходных веществ или продуктов реакции в единицу времени.

На скорость химической реакции влияют: природа реагирующих веществ, концентрация, температура и присутствие катализатора.

ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действия масс (Гульберг и Вааге): скорость реакции в каждый момент времени пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам. Стехиометрический коэффициент – это коэффициент перед формулой данного вещества в уравнении реакции.

Для реакции, протекающей в гомогенной системе:

2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г)

математическое выражение закона действия масс имеет вид:

где – скорость реакции, – молярные концентрации реагирующих веществ, – коэффициент пропорциональности, называемой константой скорости.

Величина константы скорости зависит от температуры, природы реагирующих веществ и не зависит от концентрации. В случае если концентрации реагирующих веществ равны единичным, то есть моль/л, константа скорости реакции численно совпадает со скоростью реакции, ≡

Для гетерогенных реакций концентрация веществ в твердой фазе, как постоянная величина, входит в значение константы скорости. Например, для реакции, протекающей в гетерогенной системе:

C_(тв) + H₂O_(г) = CO_(г) + H_2(г)

Закон действия масс запишется следующим образом:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ

Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа, согласно которому при увеличении температуры на каждые 10^o скорость реакции возрастает примерно в 2–4 раза:

Здесь и – скорости реакции при температурах и , – температурный коэффициент скорости реакции показывающий, во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при повышении температуры на 10^о:

Уравнение Вант-Гоффа применимо для относительно небольших температурных интервалов. Зависимость константы скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса.

Дата добавления: 2015-11-14