12 Скорость хим реакции методы измерения
Скорость химической реакции, величина, характеризующая интенсивность реакции химической. Скоростью образования продукта реакции называется количество этого продукта, возникающее в результате реакции за единицу времени в единице объёма (если реакция гомогенна) или на единице площади поверхности (если реакция гетерогенна). Для исходныхвеществ аналогичным образом определяется скорость их расходования
Для измерения скорости химической реакции служат разнообразные методы. Выбор метода определяется характером реакции и её скоростью. Не затрагивая реакций специальных типов (электродные, фотохимические, радиационно-химические), охарактеризуем основные методы измерения скоростей обычных реакций, обусловленных энергией теплового движения. При использовании статического метода реакцию проводят в замкнутом сосуде. О её скорости судят по изменению состава реагирующей смеси на основании анализа пробили по какому-либо свойству реагирующей смеси, зависящему от состава. В случае газовых реакций, сопровождаемых изменением числа молекул, часто следят за реакцией по изменению давления. Проточный метод заключается в том. что реагирующую смесь пропускают с постоянной скоростью сквозь зону реакции: для гетерогенной реакции — это обычно объём, заполненный гранулами катализатора; в случае гомогенной реакции — область повышенной температуры. Степень превращения исходных веществ в продукты определяют по составу смеси, выходящей из зоны реакции.
Скорость химической реакции зависит от очень многих факторов:
–концентрации реагирующих веществ;
–температуры реакции;
–природы реагирующих веществ;
–катализаторов;
–степени измельчения (твердые вещества);
–среды (для реакций, идущих в растворе);
–интенсивности облучения и т.д.
Самыми главными и общими для большинства химических реакций
являются первые четыре фактора. Другие же факторы действуют на оп-
ределённые типы реакций. Tак, интенсивность облучения влияет на фо-
тохимические реакции.
13.Закон формальной кинетики
Гульдбергом и Вааге был сформулирован закон формальной кинетики, по которому (как это уже указывалось в гл. III) скорость прямой реакции A + 2B → AB2 определяется выражением
ω = -dcA/dτ = kcAc
|
2 |
|
B |
, (XVI.1)
где k - коэффициент пропорциональности или константа скорости реакции, которая также называется удельной скоростью реакции.
Величина k имеет смысл скорости реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных единице.
Уравнения, подобные (XVI.1) и выражающие функциональную зависимость между скоростью реакции и концентрацией,
Следует отметить, что уравнения, подобные (XVI.1), были сформулированы на основе упрощенных представлений о том, что для реакции необходимы одновременные столкновения молекул реагентов в соответствии со стехиометрическим уравнением.называются кинетическими.
Уравнения типа (XVI.1) применимы лишь к элементарным актам и обычно не описывают суммарные реакции, которые почти всегда состоят из одного или более промежуточных процессов.
14 Порядок рекций
Порядком реакции называется сумма показателей степеней, в которых входят концентрации в кинетическое уравнение. Написанная выше реакция согласно этому определению является реакцией третьего порядка. В действительности же реакции третьего порядка встречаются очень редко, а реакции более высоких порядков вообще не наблюдаются.
Рис. XVI.3. Изменение концентраций веществ при протекании последовательной реакции
Рис. XVI.2. Изменение концентрации в зависимости от времени при протекании реакции первого порядка: а - в координатах с - τ; б - в координатах ln с – τ
Часто реакции, подчиняющиеся простым кинетическим уравнениям, бывают нулевого, первого и второго порядка. На основании вида стехиометрического уравнения реакции еще нельзя сделать заключение о действительном механизме реакции. Например, реакция H2г + Br2г → 2HBrг подчиняется сложному кинетическому уравнению:
и не является реакцией второго порядка, как это можно было бы предположить, исходя из стехиометрического уравнения.
В связи с этим в кинетику наряду с понятием порядка реакции введено понятие молекулярное, т.е. числа частиц, действительно принимающих участие в элементарном акте реакции (в мономолекулярной - одна частица, в бимолекулярной - две). ТакКаким путем можно установить порядок реакции? Наиболее общим методом для этого является установление зависимости концентрации от времени при постоянной температуре. Рассмотрим кинетические уравнения для реакций нулевого, первого и второго порядка.