Тема 6. Элементы химической кинетики

во времени
Основное понятие химической кинетики – скорость химической реакции.
Химическая кинетика

дает ключ к управлению процессами

стадию:
2NO + O2 → 2NO2
Уравнение таких реакций отражает механизм их

протекания.

В природе насчитывается 4-6 элементарных реакций.

Сложные реакции протекают в несколько стадий:
4Fe +3O2 = 2Fe2O3
Fe → Fe2+ =2e-
O2 +2H2O+4e- → 4OH-
Fe2+ +2OH- → Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O →4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 →Fe2O3+3H2O
Уравнение таких реакций предста-вляет собой суммарный ре-зультат нескольких элементар-ных процессов и не отражает их реальных механизм.
Большинство химических процессов в природе - сложные реакции

(раствор) = NaCl (раствор)+H2O
Гетерогенные реакции – протекают на границе раздела

фаз:
СaH2 (тв) +2H2O(ж) → 2H2(г) + Ca(OH)2(раствор)

реагирующих веществ не расходуется полностью:
N2 + 3H2  2NH3
Необратимые реакции

– протекают до конца, до полного израсходования хотя бы одного из реагирующих веществ:
Zn +4HNO3 →Zn(NO3)2+ 2NO2  +2H2O

G

ΔG<0

ΔG=0

ΔG<0

Исходные вещества

Продукты
реакции

актов взаимодействия между молекулами реаги-рующих веществ, происходящих в единицу времени

в единице объема (для гомогенной реакции) или на еди-нице площади (для гетерогенных реакций).
Для гомогенной реакции:

1) 2NO + O2 = 2NO2 ΔG1 = -35,1 кДж
2) 2H2 + O2 = 2H2O ΔG2 = -228 кДж
ΔG2< ΔG1; V1 >> V2

Для гетерогенной реакции

+H2SO4= Na2SO4 +S↓+SO2 + H2O

Вывод:
Чем выше концентрация исходного вещества (Na2S2O3),

тем раньше появляется осадок серы, то есть тем выше скорость химической реакции.

степенях их стехиометрических коэффициентов.
aA + bB  cC +dD


V

– скорость химической реакции,
k – константа скорости химической реакции
[A], [B] – молярные концентрации веществ А и В соответственно

V=k[A]a[B]b

В приведенном виде закон действующих масс справедлив лишь
для гомогенных процессов

Закон действующих масс (П.Вааге, К.М.Гульдбергг, 1864-67 г.)

протекающих в одну стадию. В других случаях фактическая и вычисленная

по закону действующих масс скорости совпадают редко.

Если реагирующее вещество – твердое, то его концентрацию
принимают за единицу:

aA(г) + bB(тв)  cC

V=k[A]a

+ H2O

Вывод:
Чем выше температура, при которой протекает реакция, тем раньше

появляется осадок серы, то есть тем выше скорость химической реакции.

химической реакции возрастает
в 2-4 раза.
Vt – скорость химической реакции

при температуре t;
Vt+10 - скорость химической реакции при температуре t+10;
γ – коэффициент Вант-Гоффа, γ = 2-4

активации – это та минимальная, избы-точная (по сравнению со средней),

энергия теп-лового дви-жения некоторых молекул в реакци-онной смеси, которой должны обладать молеку-лы в реакционной смеси, благодаря которой при столкновении молекул возможно химическое взаимодействие.

k – константа скорости химической реакции; А – коэффициент; е – основание натурального логарифма; Еа – энергия активации, R – универсальная газовая постоянная; Т – температура

При постоянной температуре чем выше энергия активации, тем меньше скорость химической реакции.

вследствие чего скорость реакции возрастает
Распределение Максвелла

окончании реакции химически неизмен-ным, называется катализатором.
A + B → AB
A

+ K → AK
AK + B → AKB
AKB → AB + K

Принцип действия катализатора состоит в снижении энергии активации процесса.

ве-щество может превратиться в промежуточный продукт В, прежде чем начнется

вторая реакция. Скорость всей реак-ции определяется второй ста-дией. При k1 << k2 концентра-ция промежуточного продукта мала, поскольку он не успевает накапливаться; эта стадия определяет скорость реакции в целом. Таким образом, скорость определяется самой медленной стадией (принцип лимитирующей стадии).

k→[A][B]
V←= k← [C]
К моменту равновесия:
ΔG = 0
прямая

и обратная реакции становятся равновероятными
V→= V←
Количество образовавшихся молекул продуктов реакции равно количеству распавшихся молекул конечных продуктов.
Концентрации всех участников реакции остаются неизменными и называются равновесными.

N2+ 3H2 = 2NH3

при фиксированной температуре есть величина постоянная и называется она константой

равновесия

aA+bB +…  cC+dD+…..
V→= k→[A]a[B]b…; V←= k→[C]c[D]d…;
При ΔG = 0 V→= V←
k→[A]a[B]b…= k→[C]c[D]d….
Разделим правую и левую части уравнения на k→ и на [A]a[B]b… Получим:

В выражение константы равновесия входят значения равновесных
концентраций участников реакции

Концентрации твердых веществ принимают за 1

Кроваво-красный

Вывод: добавление в реакционную смесь исходных веществ смещает равновесие в сторону продуктов реакции, а добавление продуктов реакции – в сторону исходных веществ.

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее
воздействие, то в системе усилится то из направлений, которое
противодействует внешнему воздействию.

коричнев

в металл шва,
сильно снижают механические
свойства сварного соединения. Для
смещения

равновесия реакции влево
сварку ведут в атмосфере инертного
газа (аргоно-дуговая сварка). При этом
аргон вытесняет кислород из реакци-
онной зоны, снижая его парциальное
давление.