БЛОК-МОДУЛЬ № 2
РАБОТА № 4
Кинетика гомогенных химических реакций
Цель работы - ознакомление с основными закономерностями протекания гомогенных химических реакций и факторами, влияющими на скорость реакции.
Теоретическая часть
Гомогенными называются реакции, протекающие в одной фазе (в смеси газов, в жидком растворе или в твердой фазе).
Важнейшей количественной кинетической характеристикой любой химической реакции является ее скорость. Наиболее общим является определение скорости реакции r как скорости возрастания степени завершенности реакции (греческая буква "кси"), которую называют химической переменной. Пусть в закрытой системе протекает химическая реакция
1A1 + 2A2 = 3A3 + 4A4 (4.1)
где A1, A2, ...,Ai - участники реакции; 1, 2 ,..., i - стехиометрические
коэффициенты. Тогда химическая переменная i, характеризующая глубину протекания реакции по i-ому компоненту, определяется как
|
Ni Nio |
|
i |
|
(4.2) |
|
||
|
i |
|
где Ni - число молей i-го компонента в момент времени t, Ni0 - число молей того же компонента в начальный момент времени (t = 0), i -
стехиометрический коэффициент при i-ом компоненте в уравнении реакции. Стехиометрические коэффициенты у исходных веществ берутся со знаком минус, а у продуктов реакции - со знаком плюс. При таком выборе знаков глубина протекания реакции всегда положительна независимо от участника реакции.
Скорость гомогенной химической реакции r определяется как скорость изменения глубины протекания реакции в единицу времени в единице объема:
r= |
1 |
|
d i |
(4.3) |
V |
|
dt |
||
|
|
|
где V - объем системы. Определенная таким образом скорость реакции не зависит от выбора компонента и будет практически одинаковой для разных веществ, участвующих в реакции. Дифференциальная форма уравнения (4.2) имеет вид
dN
d i= νi i .
С его учетом из уравнения (3) для r , получаем
r= |
1 |
|
dN |
||
|
|
i |
. |
||
|
iV |
dt |
|||
Величина
ri |
|
1 |
dNi |
(4.4) |
|
V |
dt |
||||
|
|
|
называется скоростью реакции по i-ому компоненту. Она характеризует изменение количества i - ого вещества Ni (в молях) в единицу времени в
единице объема. Таким образом, скорость реакции в целом и скорости реакции по отдельным компонентам связаны следующим соотношением
r= |
|
1 |
ri |
(4.5) |
|
|
|||
|
i |
|
||
Выражения (4.3) и (4.4) является строгими определениями скоростей реакций, справедливыми и для системы переменного объема.На практике часто пользуются более простым уравнением, пригодным для реакции в системе постоянного объема. Так как отношение Ni / V равно концентрации вещества C i, то при постоянном объеме
ri |
dCi . |
(4.6) |
|
dt |
|
Скорость реакции (при постоянном объеме) представляет собой изменение концентрации данного вещества в единицу времени.
Скорость реакции всегда положительная величина. В выражении (4.6) используют знак плюс, если скорость определяется по образующемуся в реакции веществу (продукту), и знак минус, если скорость определяется по расходующемуся в реакции веществу (реагенту). Этим учитываются разные знаки стехиометрических коэффициентов реагентов и продуктов реакции.
Уравнение (4.6) наиболее часто применяют для реакций в растворах и для реакций газов в замкнутых реакционных сосудах. Если концентрация измеряется в моль/л, а время в секундах, то скорость реакции имеет размерность моль/(л с).
Кинетический эксперимент заключается в том, что при проведении