Хімічна кінетика основні поняття та визначення

Хімічна кінетика	- розділ хімії, в якому вивчається швидкість перебігу хімічних реакцій, залежність швидкості від різних факторів і механізми хімічних процесів.
Швидкість хімічної реакції (V)	- зміна кількості речовини за одиницю часу в одиниці об’єму (для гомогенних реакцій) або на одиниці площі поверхні поділу фаз (для гетерогенних реакцій).
Фаза	- однорідна частина системи однакова за складом та властивостями і відокремлена від інших фаз поверхнею поділу.
Гомогенні реакції	- реакції, які відбуваються в одній фазі.
Гетерогенні реакції	- реакції, які відбуваються на межі поділу фаз.
Фактори, які визначають швидкість реакції	- природа реагуючих речовин, їхня концентрація, тиск, температура, присутність каталізатора, властивості розчинника (для розчинів), площа поверхні дотику (для гетерогенних процесів).
Закон діючих мас	- швидкість хімічної реакції при сталій температурі пропорційна добутку концентрацій (С) реагуючих речовин у степенях, що дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам. Для реакції закон описується кінетичним рівнянням.
Константа швидкості (k)	- швидкість реакції за умови, що концентрації кожної з реагуючих речовин або їхній добуток дорівнюють 1 моль/л.
Правило Вант-Гоффа	- з підвищенням температури на кожні 100С (або 10К) швидкість більшості гомогенних реакцій збільшується у 2-4 рази. , де - швидкості реакції при температурах ; γ – температурний коефіцієнт реакції, який показує, у скільки разів зростає швидкість реакції з підвищенням температури на 100С (або 10К).

Приклади виконання завдань

Приклад 1. Визначення швидкості реакції за концентраціями реагуючих речовин.

Визначити швидкість реакції

,

якщо відомі концентрації речовин: моль·л^–1, моль·л^–1 і константа швидкості реакції k дорівнює 0,15 л·моль^–1·с^–1.

Розв’язання. Відповідно до закону діючих мас швидкість реакції пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у степенях, що дорівнюють стехіометричним коефіцієнтам:

.

Приклад 2. Вплив зміни концентрацій реагуючих речовин на швидкість реакції.

Як зміниться швидкість реакції

,

якщо збільшити концентрацію СН₄ вдвічі?

Розв’язання. Згідно до закону діючих мас залежність швидкості реакції від концентрацій реагуючих речовин описується кінетичним рівнянням

Припустимо, що концентрації реагуючих речовин становили: . Тоді початкова швидкість реакції дорівнює.

Після збільшення концентрації СН₄ вдвічі .

Для відповіді на запитання візьмемо відношення швидкостей

Таким чином швидкість реакції зросла у 2 рази.

Приклад 3. Вплив тиску на швидкість реакції.

Як зміниться швидкість прямої реакції , якщо збільшити тиск у 4 рази?

Розв’язання. Збільшення тиску в системі в 4 рази спричинює зменшення об’єму системи в 4 рази і підвищення концентрацій реагуючих речовин у 4 рази.

Згідно закону діючих мас залежність швидкості реакції від концентрацій реагуючих речовин має вигляд

.

Припустимо, що концентрації вихідних речовин спочатку дорівнювали:

,

тоді швидкість реакції становитиме

Після збільшення тиску концентрації стали: , а швидкість змінилася до

.

Співвідношення між швидкостями становить

.

Це свідчить про збільшення швидкості реакції у 64 рази.

Приклад 4. Залежність швидкості реакції від температури.

Визначити у скільки разів збільшиться швидкість реакції з підвищенням температури на 30⁰С, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2,5.

Розв’язання. Для вирішення задачі користуємося правилом Вант-Гоффа: з підвищенням температури на кожні 10⁰С (або 10К) швидкість більшості гомогенних реакцій зростає у 2-4 рази:

,

де - швидкості реакції при температурах Т₁ і Т₂;

γ – температурний коефіцієнт реакції, який показує, у скільки разів зростає швидкість реакції з підвищенням температури на 10⁰С (або 10К).

За умовою задачі температура зросла на 30⁰С, тобто Т₂-Т₁=30⁰С.

Отже

.

Таким чином швидкість реакції зросла у 15,63 рази.