7. Základy chemické kinetiky a termochemie, chemický rovnovážný stav

rychlost chemické reakce

faktory ovlivňující rychlost chemické reakce

reakční teplo

termochemické zákony

chemické rovnováhy, rovnovážná konstanta

faktory ovlivňující chemickou rovnováhu

7. Основы химической кинетики и термохимии, химическое равновесие

скорость химической реакции

факторы, влияющие на скорость химической реакции

теплота реакции

законы термохимии

химическое равновесие, константа равновесия

факторы, влияющие на химическое равновесие

Скорость химической реакции - изменение концентрации реагирующих веществ за единицу времени: V = C1 – C2/t.

В свою очередь под концентрацией понимают отношение количества вещества к объему, которое оно занимает, следовательно единица измерения скорости химической реакции – 1 моль / (л*с).

Факторы влияющие на скорость химической реакции:

а) Природа реагирующих веществ.

б) Концентрация реагирующих веществ, чем она выше, тем выше скорость взаимодействия между ними.

в) Площадь соприкосновения реагирующих веществ.

г) Температура, чем она выше, тем скорость реакции больше.

д) Наличие катализаторов. Катализаторы – это вещества, изменяющие скорость химической реакции или путь, по которому она протекает. Сам процесс изменения скорости химической реакции называется катализом. Катализаторы не смещают химическое равновесие, так как в равной мере изменяют скорость и прямой, и обратной реакции. Биологические катализаторы белковой природы называются ферментами.

Теплоту, которая выделяется или поглощается в результате химической реакции, называют тепловым эффектом. Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции, называют термохимическими. Реакции, сопровождающиеся выделением тепла в окружающую среду называются экзотермическими. Реакции, сопровождающиеся поглощением тепла называются эндотермическими. Тепловой эффект зависит от:

а) агрегатного состояния веществ

б) условий проведения реакции (температура и давление)

Стандартный тепловой эффект имеет следующие условия: температура 25°С и давление 101 325 Па. Тепловой эффект реакции выражается в джоулях.

4) Термохимия — раздел химической термодинамики, в задачу которой входит определение и изучение тепловых эффектов реакций, а также установление их взаимосвязей с различными физико-химическими параметрами. Ещё одной из задач термохимии является измерение теплоёмкостей веществ и установление их теплот фазовых переходов. В основе термохимических расчётов лежит закон Гесса: Тепловой эффект химической реакции зависит от природы и физического состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания.

Следствия из закона Гесса:

1) Тепловые эффекты прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку.

2) Тепловой эффект химической реакции равен разности между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования исходных веществ, взятых с учётом коэффициентов в уравнении реакции.

Закон Кирхгофа устанавливает зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры: температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции. Закон Кирхгофа лежит в основе расчёта тепловых эффектов при разных температурах.

5) Химическое равновесие – состояние химического обратимого процесса, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Химическое равновесие является динамичным, так как при его наступлении реакция не прекращается, неизменными остаются лишь концентрации компонентов, т.е. за единицу времени образуется такое же количество продуктов реакции, какое превращается в исходное вещество. Общий закон химического равновесия в зависимости от внешних факторов, который известен под названием принцип Ле Шателье, звучит так: Если изменить одно из условий – температуру, давление или концентрацию веществ, - при которых данная система находится в состоянии химического равновесия, то равновесие сместится в направлении, которое препятствует этому изменению.

Константа равновесия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия. Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции.

6) Факторы влияющие на химическое равновесие:

а) Изменение равновесных концентраций, т.е. концентраций веществ после установления равновесия. Чтобы сместить равновесие реакции вправо, нужно увеличить концентрацию исходных веществ и уменьшить концентрацию продукта, следовательно для смещения равновесия реакции влево, нужно поступить наоборот.

б) Изменение давления. При сжатии реакционной смеси равновесие смещается вправо, в сторону образования продукта, так как этот процесс приводит к уменьшению давления. Следовательно, уменьшение давления смещает равновесие влево, в сторону разложения продукта. Необходимо отметить, что изменение давления смещает равновесие лишь в том случае, если в реакции принимают участие газообразные вещества и она сопровождается изменением их количества.

в) Изменение температуры. Повышение температуры смещает химическое равновесие в сторону эндотермической реакции (с поглощением теплоты), а понижение температуры – в сторону экзотермической (с выделением теплоты). Однако в соответствии с правилом Вант-Гоффа, при значительном повышении температуры значительно уменьшается скорость реакции, что экономически невыгодно.