МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.А. КУЛЕШОВА»

Химическая кинетика и катализ

Клебанов А.В., Горанчук О.В.

МОГИЛЕВ 2013

1. Феноменологическая кинетика

Термодинамика позволяет с большой точностью предсказать принципиальную возможность протекания процесса (dG<0) и конечное состояние системы (К), однако она не дает никаких сведений о способах фактической реализации процесса и времени его протекания. Иногда реакция термодинамически возможна, но вместе с тем она протекает бесконечно медленно, и тогда с точки зрения практики можно сказать, что она невозможна.

Например, все органические вещества, согласно принципам термодинамики, должны были бы окисляться в углекислоту и воду молекулярным кислородом воздуха, так как этот процесс сопровождался бы значительным уменьшением энергии Гиббса. Существование растений, животных, залежей угля, нефти и т. д. обязано тем, что реакция окисления в действительности протекает исключительно медленно.

Другой пример: реакция прямого получения аммиака из водорода и азота, которая используется в промышленности, является обратимой. Так как она экзотермична, то смещению равновесия в сторону продукта способствует уменьшение температуры, но технологический процесс ведут при нагревании до порядка 500 °С. Это приводит к существенному увеличению скорости процесса и результирующий выход аммиака за единицу времени увеличивается.

Химическая кинетика – раздел физической химии изучающий закономерности протекания химических процессов во времени. Химическая кинетика устанавливает законы, определяющие скорость химических процессов, и выясняет роль различных факторов, влияющих на скорость и механизм реакций.

Практическое значение ее очевидно, т.к. только зная законы кинетики и механизм реакций можно управлять химическими процессами. От скорости химической реакции зависит производительность труда и аппаратуры. Таким образом, химическая кинетика, как и термодинамика, является теоретической основой химической технологии.

Химическая кинетика состоит из разделов: 1) формальная кинетика, дающая математическое описание скорости реакции без учета механизма самой реакции. 2) Вычисление констант скоростей и энергий активации реакции по структурным и термодинамическим данным - теоретическая кинетика. 3) Описание закономерностей протекания химических процессов при тепло- и массопереносе - макрокинетика.

Задачи химической кинетики:

• расчет скоростей реакций и определение кинетических кривых, т.е. зависимости концентраций реагирующих веществ от времени (прямая задача);

• определение механизмов реакций по кинетическим кривым (обратная задача).

Этапы кинетического исследования в формальной кинетике:

1. Анализ реакционной смеси и написание уравнения химической реакции.

2. Измерение зависимости химического состава реакционной смеси от времени.

3. Количественное изучение влияния различных параметров на скорость реакции (температуры, концентрации и т.д.)

4. Наблюдение особенностей протекания реакции (окраска, ускорение, замедление и т.д.)

5.Анализ данных и нахождение кинетических закономерностей, характеризующие данную реакцию (концентрация – время, скорость – концентрация, скорость – физико-химические параметры).