Контрольні запитання:

1. Що вивчає електрохімія?

2. Наведіть приклади сильних електролітів.

3. Дайте визначення еквівалентної електропровідності.

4. Що таке питома електропровідність? В яких одиницях її вимірюють?

5. Як пов’язані між собою еквівалентна і питома електропровідності?

6. Поясніть форму залежності питомої електричної провідності від концентрації?

7. Що таке молярна електропровідність при нескінченному розбавленні?

8. Як трактується закон незалежного руху іонів (Кольрауша)?

9. Наведіть рівняння Кольрауша.

10. Які два іони мають найбільшу рухомість?

11. Яка причина виникнення потенціалу на межі «метал-розчин»?

12. Що таке стандартний електродний потенціал?

13. Поясніть, як на поверхні електрода виникає подвійний електричний шар?

14. Що таке електродний потенціал? Від чого залежить значення електродного потенціалу?

15. Виведіть рівняння Нернста для розрахунку електродного потенціалу і проаналізуйте його.

16. Як класифікують електроди?

17. Які ви знаєте напрями застосування електрохімії?

18. Еквівалентна електрична провідність для нескінченних розведених водних розчинів СН₃СООН і NaCl при 25^оС становить відповідно 38,71 10^-3 і 12,64 10^-3 м²/Ом екв, хоча кислота – слабкий, а сіль – сильний електроліт. У чому причина такої великої різниці у величинах?

Тема 1.4. Хімічна кінетика і каталіз план

1. Швидкість і константа швидкості хімічної реакції.

2. Залежність швидкості реакції від температури. Енергія активації.

3. Складні реакції. Ланцюгові реакції.

4. Фотохімічні реакції.

5. Каталіз і каталізатори.

6. Ферментативний каталіз.

1. ШВИДКІСТЬ І КОНСТАНТА ШВИДКОСТІ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ.

   Застосування законів термодинаміки дозволяє розраховувати можливість протікання хімічної реакції , її енергетичний ефект. Але питання про те, з якою швидкістю відбувається хімічна реакція термодинамікою не розглядається. Багато хімічних реакцій, які згідно законів термодинаміки, повинні протікати практично до кінця, тяжко дослідити, так як на практиці вони відбуваються з дуже малими швидкостями.

Наприклад, вуглець при звичайних температурах не горить в атмосфері сухого повітря, хоча реакція:

С_(т) + О_{2 (г)} = СО_{2 (г)}

характерзується дуже великим зменшенням енергії Гіббса.

Самодовільна реакція окиснення алюмінію у повітрі повністю гальмується внаслідок утворення на його поверхні оксидної плівки:

4А1 + 3О₂ = 2А1₂О₃,

що не дає можливості подальшому доступу кисню до алюмінію.

Будь-яка хімічна реакція супроводжується розриванням старих хімічних зв’язків між частинками і утворенням нових. При цьому відбувається перерозподіл валентних електронів, який може здійснюватись лише в тому випадку, коли реагуючі атоми, іони або молекули наближаються на відстань, що приблизно дорівнює радіусу цих частинок. Тому, хімічні перетворення відбуваються при зіткненні частинок, що рухаються.

Хімічною кінетикою називається наука, що вивчає швидкість і механізм хімічних реакцій, а також вплив на швидкість реакцій різних факторів ( концентрації реагуючих речовин, температури, тиску, світла, каталізаторів тощо).

Предметом хімічної кінетики є вивчення законів, що визначають залежність швидкості хімічної реакції від різних факторів.

Хімічні реакції можуть протікати з різними швидкостями. Деякі реакції протікають майже миттєво, за тисячні долі секунди. До них відносяться, наприклад, реакції розкладання вибухових речовин. Інші ж реакції протікають досить повільно. Реакції, що йдуть в земній корі - геохімічні процеси – здійснюються протягом тисячоліть.

Так водень з киснем при звичайній температурі взаємодіють так повільно, що знадобиться мільйони років, щоб можна було помітити появу води. Одна і та ж реакція в залежності від умов її проведення може йти з різними швидкостями.

Питання про швидкість хімічної реакції має велике практичне і теоретичне значення. Від швидкості реакцій залежить перебіг біохімічних процесів в організмі, фізико-хімічні зміни харчових продуктів при тепловій обробці, продуктивність технологічного обладнання тощо.

Якби, наприклад, горіння вугілля в печах відбувалося зі швидкістю вибуху,

а процес гідролізу крохмалю в тісті йшов би роки, тоді ці два процеси неможливо було б застосовувати на практиці.

Тому, в деяких випадках бажано прискорити процес, тобто збільшити швидкість реакції, щоб одержати за одиницю часу більшу кількість необхідного продукту. А іноді виникає потреба зменшити швидкість хімічної реакції, наприклад, сповільнити процес окислення жирів в харчових продуктах. Всі ці задачі можна розв’язати, застосувавши закони хімічної кінетики.

Швидкість хімічних реакцій визначає протікання біологічних процесів, процесів, що пов’язані із зберіганням, переробкою харчової сировини і технологічними процесами приготування їжі.

Під швидкістю реакції розуміють зміну концентрації реагуючих речовин за в одиницю часу.

При цьому немає значення, зміна концентрацій якої речовини контролюється в ході реакції, так як всі реагенти і продукти пов’язані між собою рівнянням реакції, і тому за зміною концентрації однієї із речовин можна робити висновок про зміну концентрації всіх інших. Швидкість хімічної реакції виражають в моль/(л∙с)

Концентрацію виражають числом молей речовини, що міститься в 1л. розчину. А час виражають в секундах або хвилинах. Щоб розрахувати швидкість реакції, необхідно знати, наскільки змінилася концентрація однієї з речовин за певний проміжок часу.

ύ = ±(С₁ – С₂)/ (τ₂ – τ₁) = ± ΔС/ Δτ,

де ΔС – зміна концентрації реагуючої речовини за проміжок часу Δτ.

Наприклад, в деякий момент часу концентрація однієї з речовин С₁=1моль/л. Через τ = 1 хв. вона стала С₂ = 0,6 моль / л. Таким чином концентрація за 1 хв. зменшилася на ∆С = С₁- С₂ = 1 – 0,6 = 0,4 (моль/л). Зменшення концентрації 0,4(моль/л) показує, що з тієї кількості даної речовини, яка містилася в 1л протягом 1 хв. прореагувало 0,4 моль. Тобто швидкість даної реакції дорівнює:

0,4 моль

V = 1 = 0,4 л· хв

Оскільки швидкість реакції завжди позитивна, а зміна концентрації вихідних речовин негативна (бо їх концентрація зменшується), то в правій частині рівняння (1) ставлять знак “─”. А для продуктів реакції зміна концентрації і похідна позитивні, тому в рівнянні (1) ставлять знак “+”.

Частіше, однак, швидкість реакції змінюється по мірі її протікання і тому, необхідно визначати її миттєву (істинну) швидкість.

Миттєва швидкість хімічної реакції – це похідна концентрації за часом.

ύ = ± dc/dτ

На швидкість хімічної реакції впливають різні чинники, з яких найважливішими є природа реагуючих речовин, їх концентрація, температура, агрегатний стан речовин, тиск і присутність каталізатору.

Фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції

Природа реагуючих речовин

Площа поверхні реагуючих речовин

Концентрація реагуючих речо вин

Температура

Тиск (для газів)

Наявність каталізатора

Агрегатний стан речовин