3. Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції. Закон діючих мас.

Щ об речовини прореагували, необхідно, щоб їх молекули зіткнулися. Ймовірність зіткнення двох людей на жвавій вулиці набагато вище, ніж на пустинній. Так і з молекулами. Очевидно, що ймовірність зіткнення молекул на малюнку зліва вище, ніж справа. Вона прямо пропорційна кількості молекул реагентів в одиниці об'єму, тобто молярним концентраціям реагентів. Це можна продемонструвати за допомогою моделі.

У середині XIX в. був сформульований основний постулат хімічної кінетики, званий також законом діючих мас:

Швидкість хімічної реакції в кожен момент часу пропорційна концентраціям реагентів, зведеним до деяких ступені: v = k [A] n [B] m, для реакції aA + bB = ...

Числа n, m у вираженні закону діючих мас називаються порядками реакції по відповідним речовинам. Це експериментально визначувані величини. Сума показників ступенів n, m називається загальним порядком реакції. Зверніть увагу, що ступеня при концентраціях А і В у загальному випадку не дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам в реакції! Вони стають чисельно рівними тільки в тому випадку, якщо реакція протікає саме так, як записується (такі реакції називаються простими або елементарними і досить рідкісні). У більшості випадків рівняння реакції відображає лише сумарний результат хімічного процесу, а не його механізм.

Коефіцієнт пропорційності k називається константою швидкості реакції. Значення константи швидкості реакції постійно для даної реакції при даній температурі.

21. Каталітичні реакції. Гомо- та гетерогенний каталіз. Теорія проміжних сполук.

Суть каталізу полягає у прискоренні досягнення рівноваги хімічної реакції шляхом введення проміжних взаємодій за участю каталізатора:

Таким чином, реакція протікає через ряд елементарних стадій, які в сукупності мають нижчу енергію активації, аніж пряма реакція без каталізатору. Навіть незначний виграш у різниці енергій активації за даних умов дозволяє суттєво збільшити швидкість реакції. Ця залежність описується експоненційним рівнянням Арреніуса:

, де

— швидкість реакції

— передекспоненційний множник, який мало залежить від температури

— енергія активацї (Дж/моль)

— універсальна газова константа (Дж/(К моль))

— абсолютна температура (К)

Каталізатор може додаватися в систему окремо або ж утворюватися в ході взаємодії — такий випадок називають автокаталізом. Наприклад, при окисненні щавлевої кислоти розчином солі перманганату утворюються іони Mn²⁺, які виступають каталізатором реакції:

Гомогенний каталіз

Гомогенний каталіз може протікати у газоподібній чи рідкій фазах при відповідному стані каталізатора. На перший план виходять умови перебігу реакцій: концентрації реагентів, температура, тиск, інтенсивність перемішування. Механізм гомогенного каталізу полягає в утворенні між реагентами та каталізатором малостійких проміжних сполук, що існують у тій самій фазі і після розпаду яких каталізатор регенерується.

Каталізаторами в розчинах слугують мінеральні кислоти, луги, іони металів, а також речовини, які сприяють виділенню вільних радикалів.

Гетерогенний каталіз

Легкість відділення газової або рідкої реакційної суміші від твердого каталізатору послугувала причиною широкого використання гетерогенного каталізу. Більшість нині існуючих промислових процесів — реакції між газоподібними реагентами за участі твердих каталізаторів.

Процес каталізу на поверхні Q між водною та органічною фазами

Процес каталізу на поверхні твердого каталізатору відбувається в кілька елементарних стадій:

1. дифузія реагентів з потоку речовин до поверхні каталізатору;

2. хемосорбція у порах поверхні;

3. перегрупування атомів з утворенням поверхневих комплексів;

4. десорбція продуктів з поверхні;

5. дифузія від поверхні до потоку речовин.