- •Растворы электролитов
- •Вывод и анализ закона разведения Оствальда для электролита валентного типа 1:1. влияние концентрации и температуры на константу диссоциации и степень диссоциации слабых электролитов.
- •Теория электролитической диссоциации Аррениуса.
- •Проводники электрического тока I и II рода. Удельная, молярная и эквивалентная электрические проводимости, связь между ними. Зависимость удельной и молярной электрических проводимостей от концентрации.
- •Кондуктометрическое титрование.
- •Числа переноса в растворе данного электролита, их связь с электрической проводимостью ионов. Эстафетный механизм переноса электрического тока ионами гидроксила и гидроксония.
- •Природа сил торможения при движении ионов в растворах сильных электролитов. Электрофоретический и релаксационный эффекты снижения электропроводности в растворах сильных электролитов.
- •Методы определения молярной электрической проводимости раствором сильных и слабых электролитов при бесконечном разведении.
- •Зависимость подвижности иона от его заряда и размеров.
- •Теория Дебая-Хюккеля.
- •Активность и коэффициент активности.
- •Растворимость и произведение растворимости малорастворимых соединений.
- •ЭДС гальванических элементов
- •Классификация электродов.
- •Водородный электрод
- •Хлоридсеребряный электрод
- •Окислительно-восстановительные электроды
- •Элемент Даниэля-Якоби
- •Нормальный элемент Вестона
- •Классификация электрохимических цепей
- •Концентрационные гальванические элементы
- •Формальная кинетика
- •Скорость, константа скорости, основной постулат химической кинетики
- •Кинетические кривые
- •Порядок реакции
- •Интегральные методы нахождения порядка реакции.
- •Дифференциальные методы определения порядка реакции.
- •Влияние температуры на скорость химической реакции
- •Кинетика сложных реакций
- •Обратимые реакции первого порядка
- •Параллельные реакции первого порядка
- •Последовательные реакции первого порядка
- •Метод квазистационарных концентраций
- •Теории кинетики, цепные и фотохимические реакции, катализ.
- •Теория активных соударений
- •Мономолекулярные газовые реакции. Схема Линдемана
- •Теория переходного состояния (теория активированного комплекса)
- •Кинетика реакций в растворах
- •Клеточный эффект.
- •Кинетика медленных реакций в растворах.
- •Влияние растворителя на скорость реакций
- •Цепные реакции
- •Основные стадии цепной реакции
- •Кинетическое уравнение для неразветвленной цепной реакции
- •Нахождение длины цепи неразветвленной цепной реакции
- •Разветвленные цепные реакции
- •Кинетическое уравнение для разветвленной цепной реакции
- •Пределы воспламенения
- •Фотохимические реакции
kr = |
k 2 k a0 |
γ A γ B |
|
γ |
≠ |
||
|
|
γ ≠≈const , т. к. [AB]≠ очень мала. Взаимодействие между ионами и молекулами: AzA + BzB <==ka0==> [ABzA+zB]≠ → k2 → прод
kr = |
k 2 k a0 |
γ A γ B |
|
γ |
≠ |
||
|
|
В случае электролитов: lg γ i=−A z2i √I .
В предельно разбавленных растворах все коэффициенты γ стремятся к 1. kr =k2 k0a =k0
k0 – это константа скорости ион-ионного или ион-дипольного взаимодействия в бесконечно разбавленном растворе.
lg kr=lg k 0+[lg γ A+lg γ B−lgγ ≠ ]=lg k0 −A √I [ z2A+z2B−(zA+ zB)2 ]=lg k 0+2 A zA zB √I
lg kr =2 A zA zB √I - уравнение Бренстеда-Бьеррума. k0
График в координатах lg kr/k0 - √I – прямая линия. Направление и угол наклона прямой определяется знаком и величиной zAzB (+ - вверх, - - вниз, 0 — горизонтальная (для молекул)).
Влияние ионной силы раствора на константу скорости химической реакции называется первичным солевым эффектом.
Влияние ионной силы раствора на константу скорости межионного взаимодействия называется вторичным солевым эффектом. Он обусловлен тем, что в выражение для константы скорости входят активности молекул, которые зависят от концентрации.
Влияние растворителя на скорость реакций
Влияние обусловлено в первую очередь тем, что изменяется энергетика сольватации. Сольватация — процесс экзотермический, следовательно, он должен приводить к уменьшению энергии активации. Сольватация понижает энергию веществ, поэтому, если сольватированы исходные вещества, то реакция протекает хуже (нужно больше энергии), а если сольватирован активированный комплекс, то она протекает лучше (нужно меньше энергии) по сравнению с газовой фазой.
Цепные реакции
Цепные реакции — это процессы, в которых превращение исходных веществ в продукты осуществляется за счет чередования нескольких реакций с участием свободных радикалов.
Основные экспериментальные признаки цепных реакций:
1)активирующее действие (поглощение кванта ЭМИ) вызывает многократный ответ (в продукты превращается более одной частицы исходного вещества);
2)скорость цепных реакций сильно зависит от формы и размеров реакционного сосуда (S/V);
3)процесс очень чувствителен к добавкам посторонних веществ, которые относятся к устойчивым радикалам;
4)очень часто порядок реакции не целочисленный и кратен ½.
Т.к. свободные радикалы имеют неспаренный электрон, их взаимодействие с «четными» молекулами (без неспаренных электронов) обязательно будет давать новую частицу, содержащую неспаренный электрон, поэтому активные центры всегда сохраняются, они могут быть уничтожены вследствие двух реакций:
1)взаимодействие двух радикалов, которое дает устойчивую молекулу;
2)за счет адсорбции активных частиц на поверхности реакционного сосуда.
Основные стадии цепной реакции
1. Зарождение цепи
Cl2 → hv → Cl* + *Cl *-электрон
В результате какого-либо воздействия (ЭМИ, термическое) возникают активные частицы, содержащие неспаренный электрон.
2.Развитие (продолжение) цепи Cl* + H2 → HCl + H*
H* + Cl2 → HCl + Cl* Cl* + H2 → HCl + H* …
3.Обрыв цепи
1) Cl* + стенка → Clадс
r ~ [Cl*] - линейный обрыв цепи 2) Cl* + Cl* → Cl2
r ~ [Cl*]2 – квадратичный обрыв цепи
Влюбой цепной реакции одновременно идут оба механизма. При малых концентрациях Cl* преобладает линейный обрыв, при высоких — квадратичный.
Взависимости от числа активных частиц, которые образуются в элементарном акте, в цепные реакции делятся на 2 класса:
1)неразветвленные цепные реакции — из одного радикала образуется один радикал;
2)разветвленные цепные реакции — из одного радикала образуется несколько радикалов.
Звено цепи — это совокупность последовательных элементарных актов, из повторения которых складывается цепной процесс.
Длина цепи — это среднее число полных звеньев на стадии продолжения или развития цепи. Длина цепи — это отношение числа молекул продуктов реакции к числу первоначально возникших активных частиц. Она может быть определена как отношение скорости развития цепи к скорости ее обрыва. Она зависит от давления, формы и размера сосуда (S/V), присутствия посторонних веществ, относящихся к ингибиторам цепных реакций.
Кинетическое уравнение для неразветвленной цепной реакции
Метод вывода основан на методе стационарных концентраций.
H2 + Br2 → 2HBr Экспериментальное уравнение:
d [ HBr] |
= ka [ H 2][Br 2 ]1/ 2 . |
|||
dt |
|
k b+ |
[ HBr ] |
|
|
|
[ Br2 ] |
1)Br2 → k1 → 2Br*
2)Br* + H2 → k2 → HBr + H* H* + Br2 → k3 → HBr + Br*
3)H* + HBr → k4 → H2 + Br*
4)Br* + Br* → k5 → Br2
|
|
r= |
d [HBr ] |
=k 2 [Br *][ H 2 ]+k3 [ H *][ Br2 ]−k 4 [ H *][ HBr] |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0= |
d [H *] |
=k2 [ Br *][ H 2 ]−k3 [H *][ Br2 ]−k 4 [ H *][HBr ] |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0= d [Br *]=k1 [ Br2 ]−k 2 [ Br *][ H 2]+k3 [ H *][ Br2 ]+k4 [ H *][ HBr ]−k5 [ Br *]2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
d [H *] |
|
d [ Br *] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
*]=√ |
k 1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
dt |
+ |
|
dt |
|
|
=0=k1 |
|
[Br 2]−k5 [ Br *] [ Br |
|
[ Br2 ] |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
k 5 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
d [ H *] |
|
|
|
|
|
|
[ H 2 ]√ |
|
k1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
=0=k2 |
|
|
[ Br2 ]−k 3[H *][ Br2 ]−k 4 [ H *][HBr ] |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
dt |
k5 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k2 [ H 2 ]√ |
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
[ Br2 ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[ H *]= |
|
k5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k3 [Br 2 ]+k 4 [ HBr] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 2 [ H 2]√ |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
[ Br2 ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
√ |
k1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
d [ HBr]=k 2 [ H 2 ] |
[Br 2]+ |
k 5 |
|
|
(k |
3[ Br2 ]−k 4 [ HBr ]) |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
k |
|
k [ Br ]+k [ HBr |
] |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
dt |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 2 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 2 [ H 2 ]√ |
k 1 |
|
|
|
||||||||||||||
|
= A(k3 [ Br2 ]+k4 [ HBr ]+k3 [ Br2 ]−k4 [HBr ])= |
|
[Br 2] 2 k 3 |
[Br 2 |
] |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
d [ HBr] |
k 5 |
/:[ Br2 ] |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 3 [ Br2 ]+k4 [ HBr] |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ]√ |
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 k2 k3 [H |
1 |
[ Br2 ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d [ HBr] = |
|
k 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[HBr ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
k3+k |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Br 2 ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нахождение длины цепи неразветвленной цепной реакции
Развитие цепи:
Br* + H2 → k2 → HBr + H* - основная H* + Br2 → k3 → HBr + Br*
Br* + Br* → k5 → Br2 — обрыв
ν = |
k 2 [ Br *][ H2 ] |
= |
k2 [ H 2 ] |
|
||||
|
2 |
|
|
|
|
|
||
k |
k5 √ |
k |
|
|||||
|
[ Br *] |
|
|
|||||
|
5 |
|
|
1 |
[Br 2 |
] |
||
|
|
|
|
k5 |
Длина цепи данной реакции зависит от [H2], меньше зависти от [Br2], от k2, k5 и от КД брома.
Разветвленные цепные реакции
В разветвленных цепных реакциях в элементарном акте возникает более одной активной частицы.
n |
f>g |
g – константа скорости обрыва цепи |
|
||
|
f – константа скорости развития цепи |
|
|
|
Неразв.Разветвленные цепные реакции протекают очень быстро, часто сопровождаются вспышками и
g>f взрывами. С ростом температуры или давления, изменения отношения S/V скорость таких реакций
возрастает скачкообразно, а не плавно.
τ
Кинетическое уравнение для разветвленной цепной реакции r= dndt =v0 + fn−gn , v0 – начальная скорость
1) g >> f
dndt =v0− gn
n |
dn |
t |
|
∫ |
= dt |
||
|
|||
v0−gn |
∫ |
||
0 |
0 |
−ln(v0−gn)+ln v0=g t
−ln v0 −gn =g t v0
v0− gn=e−g t v0
n= vg0 [1−e−gt ]
2) g << f
dndt =v0+ fn
n |
dn |
t |
|
∫ |
= dt |
||
|
|||
v0+ fn |
∫ |
||
0 |
0 |
ln(v0+ fn)+ln v0= f t
ln v0+ fn= f t v0
v0+ fn =e f t v0
n= vf0 [e f t −1]