9… Химическая кинетика. Скорость гомогенных и гетерогенных химических реакций. Истинная и средняя скорость химических реакций. Зависимость скорости химической реакции от различных факторов.

Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений.

Скорость химических реакций в гомогенной системе изучается на примере взаимодействия растворов серной кислоты и серноватистокислого натрия (тиосульфата):

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + S↓ + SO₂↑ + H₂O

Сера, выделяющаяся в тонкораздробленном состоянии, даёт помутнение раствора. Момент исчезновения из поля зрения линеек или шрифта на бумаге, подложенной под стакан с реагирующим веществом, соответствует выделению определённого количества серы. Так как степень помутнения зависит от толщины слоя, то все опыты следует проводить в одном и том же стакане, чтобы объём жидкости и соответственно высота слоя были одинаковы.

Но существует и множество других реакций, происходящих на границах раздела фаз – между газообразным веществом и раствором, между раствором и твердым веществом, между твердым и газообразным веществами. Такие реакции называются гетерогенными. В качестве типичного примера гетерогенной реакции рассмотрим лабораторный метод получения водорода из металлического цинка и разбавленной серной кислоты:

Zn(тв) + H2SO4(р-р) = H2(г) + ZnSO4(р-р)

Истинная скорость процесса U во многом определяется типом реактора, в котором протекает тот или шиш технологический процесс. Зная, как влияет статика и кинетика процесса на выбор условий его проведения, можно найти оптимальный режим. Однако на практике не всегда соблюдается тот режим, который требуется в соответствии с теорией.

В целом истинная скорость процесса взаимного обмена приблизительно равна скорости обмена растворителя в отсутствие лиганда. Иногда встречаются отклонения от этой простой схемы, но они обычно имеют место при исключительных обстоятельствах. Например, в реакциях Си24, где обмен молекул воды происходит очень быстро ( - 10 - 8с), скорость образования стабильных хелатных комплексов может контролироваться другими процессами, такими, как замыкание кольца.

Сре́дняя ско́рость — в кинематике некая усреднённая характеристика скорости частицы за время её движения. Различают два основных определения средней скорости.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации с, температуры t , присутствия катализаторов, а также от некоторых других факторов (например, от давления - для газовых реакций, от измельчения - для твердых веществ, от радиоактивного облучения).

Зависимость скорости химической реакции от различных факторов:

1. Условия

2. Концентрация

3. Катализатор

4. площадь соприкосновения реагирующих веществ

5. природа реагирующих веществ

Влияние концентраций реагирующих веществ. Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает реакция. Число же столкновений тем больше, чем выше концентрация реагирующих веществ. Отсюда на основе обширного экспериментального материала сформулирован основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ:

Cкорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Для реакции ( I ) этот закон выразится уравнением

v = kcA cB ,