Кафедра №4 «Химическая физика»

Кинетика физико-химических явлений и процессов: химическая кинетика

(для группы Ф5-06)

ЛЕКЦИИ

Программа курса

Глава 1. Общие кинетические закономерности простых химических реакций

1. Задачи и значение кинетики как науки. Использование результатов научной кинетики в современной технологии и производстве.

Классификация химических реакций. Стехиометрическое уравнение реакций. Скорость реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации, закон действующих масс. Константа скорости реакций. Стехиометрический порядок реакции. Кинетический порядок реакции.

2. Реакции нулевого, первого и второго порядка. Сравнение реакций различных порядков. Методы определения порядка химической реакции.

Обратимые химические реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Зависимость константы равновесия от температуры и давления.

Основные понятия химической термодинамики. Термодинамические функции. Внутренняя энергия, энтальпия, химический потенциал. Тепловой эффект химической реакции. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры.

Глава 2. Теория элементарного химического акта.

3. Введение, постановка задачи.

Временное волновое уравнение Шредингера для частицы и системы частиц. Адиабатическое и неадиабатическое движение ядер. Случай классического движения ядер.

Равновесное распределение Максвелла-Больцмана. Число степеней свободы. Обмен энергией при соударении молекул. Условия сохранения равновесного распределения Максвелла-Больцмана в химически реагирующей системе.

4. Статистический метод расчета скорости химической реакции, основанный на газокинетической теории молекулярных столкновений. Скорость элементарной бимолекулярной реакции. Химическая активация молекул. Энергия активации. Стерический фактор. Тройные соударения. Скорость «элементарной» тримолекулярной реакции. Газокинетическое сечение реакций.

5. Зависимость скорости реакции от температуры. Закон Аррениуса. Температурный коэффициент реакции. Экспериментальная энергия активации.

Теория переходного состояния, или активированного комплекса (теория абсолютных скоростей реакций). Потенциальная энергия системы атомов. Поверхность потенциальной энергии. Качественное рассмотрение превращения энергии в реакциях трех атомов.

6. Вывод скорости химической реакции по методу переходного состояния. Теоретическая энергия активации. Энтальпия активации. Энтропия активации. Тепловой эффект реакции. Введение экспериментальной энергии активации. Вычисление предэкспоненциального множителя. Статистические суммы. Применение статистических сумм для расчета скорости химической реакции.

Сравнение формул газокинетической теории и метода переходного состояния (для скорости химической реакции).

Глава 3. Сложные химические реакции. Формальная кинетика. Механизмы реакций.

7. Параллельные реакции. Характерные кинетические особенности параллельных реакций. Скорость параллельной реакции. Последовательные реакции. Характерные кинетические особенности последовательных реакций. Скорость последней реакции.

8. Явление катализа. Катализаторы химических реакций. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Гомогенные каталитические реакции. Механизм реакций. Характерные кинетические особенности гомогенных каталитических реакций. Изменение порядка реакции в процессе самой реакции (основные понятия). Механизм гетерогенного катализа.

9. Автокаталитические реакции. Сопряженные реакции. Явление химической индукции. Фактор индукции. Механизм индукции. Характерные кинетические особенности автокаталитических и сопряженных реакций. Сопряженные и параллельные реакции. Сходство механизма сопряженных реакций с последовательными реакциями.

Теория мономолекулярных реакций. Тримолекулярные реакции. Механизм мономолекулярных и тримолекулярных реакций. Характерные кинетические особенности мономолекулярных и тримолекулярных реакций. Зависимость скорости реакции от давления. Изменение порядка реакции с давлением. Зависимость скорости реакции от температуры. Эффективная энергия активации.