Лекция 7. Кинетика химических реакций

единице объема за единицу времени, т.е. изменение концентрации одного из

компонентов реагирующей смеси за единицу времени.
Концентрация вещества СА – количество (масса) вещества в единице объема, кмоль/м3; кг/м3.

Скорость гетерогенной реакции – количество вещества, реагирующего на единице поверхности за единицу времени.

Лекция 6

Скорость химических реакций

продуктов реакции, так и через скорость расходования какого-либо исходного вещества:

Лекция 7

моль А расходуется
молей вещества В
и образуется молей

продукта М,
и молей продукта N.
При скорости расхода А в единице объёма за единицу времени , скорость расхода В
, откуда

элементов или их смеси в целом, скорость расходования окислителя или

скорость образования продуктов сгорания

Лекция 6

Для скоростей образования продуктов по аналогии получаем

на:
мономолекулярные реакции, в которых реагирует один род молекул, давая при

этом одну или несколько новых молекул (диссоциация);
бимолекулярные реакции, в которых взаимно реагируют две однородные или различные молекулы, давая одну или несколько новых молекул;
тримолекулярные реакции и т.д.

Лекция 7

Классификация химических реакций

способен вступать в реакцию (пришел в реакционноспособное состояние).
Би- и

тримолекулярные реакции могут происходить при столкновении соответствующего числа реагирующих молекул; они протекают через последовательные простые реакции (стадии цепного механизма) и называются сложными.

Лекция 7

реагентам А, В, …
Сумма n1 + n2 +… называется

порядком реакции в целом.

В реакциях горения порядок реакции, найденный опытным путем, ниже, чем следует из закона действующих масс: (n1 + n2) < (α + β).

Лекция 6

Экспериментально установлено, что скорость многих реакций может быть представлена уравнением вида

реакции, зависящей от температуры.
Лекция 6
Зависимость скорости химической реакции от

температуры. Закон Аррениуса

Зависимость константы скорости от температуры предложена Свáнте Аррéниусом (нобелевский лауреат 1903 г) в виде

или в дифференциальной форме:

множитель,
Размерность k0 зависит от порядка реакции
E, k0 –

кинетические константы (опытные значения);
R = 8,314 кДж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная,
Т – абсолютная температура, К
E/(RT) – безразмерная величина.

Лекция 7

1-го порядка: [k] =[k0]= 1/с;
n-го порядка:

1/[c(моль/м3)n-1]

Лекция 7

реагирующих молекул. Однако не все столкновения между молекулами приводят к

реакции между ними. Если бы все столкновения приводили к реакции, то реакции протекали бы почти мгновенно.
Для реакций с конечной скоростью число столкновений между молекулами, приводящих к химическому взаимодействию,– лишь часть общего числа столкновений.

Лекция 7

столкновения обладают некоторым избытком энергии по сравнению со средним ее

значением (для данной температуры).
Энергия активации – избыточное количество энергии, которым должны обладать молекулы в момент столкновения, чтобы быть способным к данному химическому взаимодействию.

Лекция 7

превращения.
Теплота активации – теплота, поглощаемая при образовании активных молекул.
Между активными

и нормальными молекулами существует равновесие, константа которого сильно зависит от температуры.

Лекция 7

Е1, переходят в активное состояние 1, в котором они могут

реагировать, образуя продукты реакции (состояние 2) с выделением энергии Е2.

Диаграмма энергетических уровней реакции

1-2, больше, чем Е1, поглощаемая при активации на участке 0-1;

при этом разность (Е2 – Е1) положительна и по абсолютной величине равна тепловому эффекту реакции Q , который условно считается отрицательным, т.к. тепло, выделяющееся в реакции, отводится от системы к окружающей среде.
С учётом химической обратимости, одновременно в обратном направлении идёт эндотермическая реакция, для которой энергия активации |Е2|> |Е1|

поглощая энергию активации Е2, переходят в активное состояние 1, в

котором они могут реагировать, образуя продукты реакции (состояние 0) с выделением энергии Е1. Энергии поглощается больше, чем выделяется.

 CO2

, моль/с

Размерность константы скорости реакции и предэкспоненциального члена

[k] =[k0]= м/с
F – площадь внешней поверхности частицы, м2

Лекция 7