Хімічна кінетика

Розділ хімії, що вивчає механізм молекулярних хімічних реакцій і швидкість їх проходження, називається хімічною кінетикою. В хімічній кінетиці взаємодії класифікують або по принципу молекулярності або по принципу порядку реакцій.

Молекулярність реакцій визначається числом молекул, які одночасно приймають участь в елементарній хімічній реакції. По цьому принципу розрізняють мономолекулярні, бімолекулярні, тримолекулярні реакції. Реакції більш високої молекулярності невідомі.

Мономолекулярна: I₂  2I

Бімолекулярна: 2HI  H₂+I₂

Тримолекулярна: 2NO+H₂  N₂O+H₂O

Порядок реакції визначається залежністю швидкості реакції від концентрації кожної з вихідних речовин в умовах сталості температури. Загальним порядком реакції є сума показників ступенів при концентраціях в кінетичному рівнянні реакції.

Поняття про швидкість хімічної реакції

Швидкістю хімічної реакції (v) називають зміну кількості реагуючих речовин за одиницю часу в одиниці реакційного простору. В гомогенній системі реакційним простором є об’єм. Швидкість реакції вимірюється зміною концентрації однієї з речовин, що приймають участь у реакції за одиницю часу: v =  .

Швидкість гомогенних реакцій

При постійній температурі швидкість гомогенної хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, взятих у степенях, рівних стехіометричним коефіцієнтам в рівнянні реакції (закон діючих мас). Так, швидкість реакції aA+bB = mM+nN v = kC_A^a·C_B^b, де v – швидкість реакції; k– константа швидкості реакції (при C_A = C_B = 1 моль/л v = k); C_a і C_B– концентрації речовин А і В; a і b– стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції. Константа швидкості (k) визначається природою реагуючих речовин і залежить від температури і каталізатору і не залежить від концентрації речовин, що приймають участь в реакціях.

При розгляді залежності швидкості хімічних реакцій від концентрації реагуючих речовин слід мати на увазі, що парціальний тиск кожного газу при постійній температурі пропорційний його концентрації. Тому швидкість реакції, що відбувається між газами, можна вимірювати зміною їх парціальних тисків за одиницю часу. Наприклад, швидкість реації H₂+I₂  2HI v = kC_Н ·C_І або v = kР_Н ·Р_І

Швидкість гетерогенних реакцій

Багато хімічних реакцій є гетерогенними, тобто реакціями в гетероген­них системах. Вони проходять на поверхні розділу фаз. У цьому випадку концентрацію газоподібних і рідких речовин, що приймають участь у взаємодії, вимірюють кількістю моль цих речовин, що припадають на одиницю реакційної поверхні (моль/м² або моль/см²); її називають поверхневою концентрацією С_S. Швидкість гетерогенної хімічної реакції вимірюється зміною поверхневої концентрації однієї з реагуючих речовин за одиницю часу. Вимірюють швидкість гетерогенної реакції в моль/м²·с або в моль/см²·с.

Залежність швидкості гетерогенної хімічної реакції визначається законом діючих мас, але в кінетичне рівняння не включається концентрація твердої фази. Наприклад, при T = const швидкість реакції Si _{(крист.)}+O_{2 (газ)}  SiO_{2 (крист.)} v = kC_S(O₂), де v– швидкість реакції; k– константа швидкості; C_S(O₂)– поверхнева концентрація кисню, моль/м².

Швидкість гетерогенної реакції залежить від величини поверхні зіткнення. Чим більша площа твердої фази, тим більша швидкість проходження гетерогенної хімічної реакції.