15

Лекция № 7 химическая кинетика и химическое равновесие

Ранее мы рассмотрели термодинамический метод изучения химических процессов, позволяющий осуществлять расчет химического равновесия и устанавливать направление возможного протекания процессов в тех или иных условиях. Основу термодинамического метода составляет величина DG = 0 .

Однако, знание величины DG не позволяет сделать никаких заключений о скорости реакции в определенных условиях. Процессы, протекающие в искомых системах зависят не только от термодинамических закономерностей, но и от кинетических закономерностей.

Химическая кинетика – раздел химии, который изучает скорость и механизм химических превращений.

Знание кинетики и механизма протекания реакций позволяет управлять химическим процессом, проводить их математическое моделирование в условиях производства.

Реакции

гомогенные

гетерогенные

(протекают в однородной (протекают в неоднородной

среде, т.е. между веществами, среде – между веществами,

которые находятся в одной фазе) которые находятся в разных

фазах)

2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г) CaO_(т) + 2HCl_(ж) = CaCl_2(ж) + H₂O_{(ж )}

Условия протекания

проходят равномерно проходят на границе

во всем объеме раздела фаз

Фаза – однородная часть системы, обладающая одинаковым составом, физическими и химическими свойствами и отделенная от других частей системы поверхностью раздела.

Скорость химической реакции – изменение количества реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.

(для гомогенной реакции)

(единица реакционного пространства – единица объема (V)

(для гетерогенной р-и)

(единица реакционного пространства – единица площади межфазной поверхности (S) .

Δn – изменение числа молей реагента по времени;

S – площадь поверхности раздела между фазами.

(С – молярная концентрация)

В ходе реакции изменяется концентрация как исходных веществ, так и продуктов реакции, причем они взаимосвязаны (уравнением химической реакции), поэтому в зависимости от того, о чем идет речь, берутся разные знаки:

– речь идет об убыли ¯ концентрации исходных веществ;

Å – об увеличении концентрации продуктов реакции.

Факторы, влияющие на скорость реакции

1. природа реагирующих веществ;

2. концентрация реагирующих веществ;

3. внешние условия (Т , Р) ;

4. присутствие катализатора (ускоритель) или ингибитора (замедлитель).

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Эта зависимость от концентрации реагирующих веществ определяется законом действующих масс (закон действия масс) – 3 ДМ.

Действующими массами в XIX веке называли молярные концентрации.

Сущность закона действия масс (закона действующих масс) – скорость химической реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, в уравнении реакции.

аА + вВ = сС + dD

υ = k · С^а_А · С^в_В ,

где С_А и С_В – концентрации реагирующих веществ;

а и в – стехиометрические коэффициенты.

k – коэффициент пропорциональности, который называется константой скорости реакции.

Физический смысл k легко понять, если принять, что С_А = С_В = 1 моль/л , то υ = k . То есть, k численно равен скорости реакции, при концентрации реагирующих веществ, равной единице.

2СО + О₂ = 2СО₂

υ = k · С²_СО · С_О2