II. Кинетика

Раздел химии, изучающий скорости химических реакций, называется химической кинетикой.

В химической промышленности от скорости реакции зависит выбор аппаратуры, выход получаемого продукта. Поэтому нужно знать не только скорость используемой реакции, но и то, каким образом изменить условия процесса, чтобы реакция протекала с требуемой скоростью.

Скорость реакции определяется реакционной способностью веществ, способностью молекул веществ участвовать в химических реакциях с определенной скоростью.

Гомогенная химическая реакция протекает в гомогенной системе (в пределах одной фазы). Гомогенные реакции идут во всем объеме системы. Например, при взаимодействии серной кислоты и тиосульфата натрия образуется сера, которая вызывает помутнение во всем объеме раствора:

H₂SO₄ + Na₂S₂O₃ = Na₂SO₄ + H₂O + SO₂ + S

Гетерогенная химическая реакция протекает между веществами, образующими гетерогенную систему. Такие вещества образуют различные фазы, поэтому реакция идет на поверхности раздела фаз. Например, растворение металла в кислоте идет на поверхности металла:

Fe +2HCl = FeCl₂ + H₂

Скорость химической реакции

Скорость химической реакции обычно характеризуется изменением концентрации одного из исходных веществ или конечных продуктов в единицу времени.

Скорость гомогенной и скорость гетерогенной реакции определяются различно:

• для гомогенной реакции скорость рассчитывается через количество вещества, вступившего в реакцию или образовавшегося при реакции в единицу времени в единице объема: рассчитывается  =dc/d и измеряется в мольл∙с.

• для гетерогенной реакции скорость рассчитывается по выражению  = dc/S∙d и измеряется в мольм²∙с.

На рис.5 представлены кривые, соответствующие изменению концентраций исходных веществ и продуктов реакций во времени. Концентрации исходных веществ со временем уменьшаются, а концентрации продуктов увеличиваются. Скорость реакции всегда остается положительной величиной, обычно рассчитывается средняя скорость реакции.

Рис.5. Изменение концентрации исходного вещества (a) и продукта реакции (b) во времени.

Если в моменты времени τ₁ и τ₂ концентрации одного из веществ равны С₁ и С₂ (рис.6), то среднюю скорость реакции  выражают уравнением, мольл∙с:

 =|С₂ – С₁|  (τ₂-₁) = ΔС/Δτ.

Скорость реакции равна первой производной зависимости концентрации от времени, физический смысл первой производной dc/d - она равна тангенсу угла наклона касательной кривой С = f(τ). На рис.6 представлены зависимость изменения концентрации продукта реакции от времени и расчет скорости реакции.

Рис.6. Зависимость изменения концентрации продукта реакции от времени

Скорость реакции может быть измерена также по изменению объема выделяющегося газа, изменению количества образующегося осадка, вязкости раствора, его оптической плотности, рН раствора, электропроводности и др.

На скорость реакции влияют следующие факторы: природа реагирующих веществ, концентрация, температура, давление, наличие в системе катализатора.