4. Предмет химической кинетики. Скорость химических реакций и факторы ее определяющие. Закон действия масс.

Химической кинетикой называют учение о скорости химических реакций и зависимости ее от различных условий — природы и концентрации реагирую­щих веществ, температуры, присутствия катализаторов и других факторов.

Различают гомогенные реакции (протекающие в гомогенных системах) и гетерогенные реакции (проте­кающие в гетерогенных системах). Гомогенные системы состоят только из од­ной фазы, а гетерогенные — из нескольких фаз.

Скоростью гомогенной реакции по веществу B называется величина изменения концентрации этого вещества в единицу времени. При возрастании концентрации вещества B:

v(B) = dC(B)/dt,

при уменьшении концентрации вещества B:

v(B) = - dC(B)/dt

В общем случае:

Средней скоростью реакции называют отношение изменения концентрации вещества B к интервалу времени, за который это изменения произошло:

Размерность скорости:

[v(B) = моль/л · с ]

Факторы, воздействующие на скорость гомогенной химической реакции

В 1864 г. норвежские физико-химики Като Гульдберг и Петер Вааге экспериментально показали, что:

скорость гомогенной реакции, протекающей при постоянной темпера­туре, прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Скорость гетерогенной реакции определяется скоростью наименее быстрой ее стадии.

Важным фактором, оказывающим влияние на скорость химических реакций, является природа образующихся промежуточных продуктов, которые в химической кинетике именуются активированными комплексами или переходными состояниями.

ДЕЙСТВИЯ МАСС ЗАКОН - скорость гомогенной реакции, протекающей при постоянной темпера­туре, прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

5. Влияние температуры на скорость химической реакции:

эмпирическое правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Энергия активации.

Скорость химических реакций сильно зависит от температуры. Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа (1884) при повышении температуры на 10 градусов скорость большинства реакций возрастает в 2—4 раза. Число, показывающее, во сколько раз возрастает скорость реакции при по­вышении температуры на 10 градусов, называется температурным коэффи­циентом (γ) скорости данной реакции.

Шведский химик Сванте Аррениус в 1889 высказал мысль, что в реакцию вступают лишь те столкнувшиеся молекулы, у которых кинетическая энергия превышает некоторую минимальную величину, характерную для данной реакции, называемую энергией активации. Такие молекулы получили называние активных.

Молекулы обладают разной кинетической энергией и, следовательно, неодинаковой скоростью дви­жения. Используя специальные методы математической статистики и теории ве­роятности, для каждой температуры можно получить количественное описа­ние этого распределения (Максвелла).

Максимумы на кривых отвечают наиболее вероятной ско­рости при указанной температуре.

Например: при 20°С около 10% молекул кислорода обладают скоростями, превышающими 700 м/с. А при 100 градусов доля молекул со скоростями, превышающими 700 м/с, становится равной 17 %.

Та дополнительная энергия, которую надо придать молекулам реагирующих веществ для того, чтобы сделать их активными, называется энергией активации Е_а. Она определяется природой реагирующих веществ и служит важной кинети­ческой характеристикой любой химической реакции.

Уравнение Аррениуса связывает константу скорости реакции с ее энергией активации:

где: k - константа скорости реакции;

A —предэкспоненциальный множитель (множитель Аррениуса), постоянный для данной реак­ции;

e— основание натурального логарифма;

E_a- энергия активации, Дж/моль;

Т – температура, K;

R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль K.