Скоростта на химична реакция

Скоростта на химична реакция- промяна в количеството на едно от реагиращите вещества за единица време в единица реакционно пространство. Това е ключова концепция на химическата кинетика. Скоростта на химическата реакция винаги е положителна, следователно, ако се определя от първоначалното вещество (концентрацията на което намалява по време на реакцията), тогава получената стойност се умножава по -1.

Например за реакция:

изразът за скорост ще изглежда така:

. Скоростта на химическа реакция във всеки момент от време е пропорционална на концентрациите на реагентите, повишени до степени, равни на техните стехиометрични коефициенти.

За елементарни реакции показателят на стойността на концентрацията на всяко вещество често е равен на неговия стехиометричен коефициент; за сложни реакции това правило не се спазва. В допълнение към концентрацията, следните фактори влияят върху скоростта на химичната реакция:

• природата на реагентите,
• наличието на катализатор
• температура (правило на Вант Хоф),
• налягане,
• повърхността на реагентите.

Ако разгледаме най-простата химическа реакция A + B → C, тогава забелязваме това моменталноскоростта на химичната реакция не е постоянна.

Литература

• Кубасов А. А. Химична кинетика и катализа.
• Пригожин И., Дефей Р. Химическа термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966. 510 с.
• Яблонски Г. С., Биков В. И., Горбан А. Н., Кинетични модели на каталитични реакции, Новосибирск: Наука (Сибирски клон), 1983.- 255 с.

Фондация Уикимедия. 2010 г.

• Уелски диалекти на английския език
• Трион (серия от филми)

Вижте каква е "Скоростта на химическа реакция" в други речници:

СКОРОСТ НА ХИМИЧНАТА РЕАКЦИЯ- основната концепция на химичната кинетика. За прости хомогенни реакции скоростта на химичната реакция се измерва чрез промяната в броя на моловете на реагиралото вещество (при постоянен обем на системата) или чрез промяната в концентрацията на някое от изходните вещества ... Голям енциклопедичен речник

СКОРОСТ НА ХИМИЧНАТА РЕАКЦИЯ- основното понятие на хим. кинетика, изразяваща отношението на количеството на реагиралото вещество (в молове) към продължителността на времето, през което е настъпило взаимодействието. Тъй като концентрациите на реагентите се променят по време на взаимодействието, скоростта обикновено е ... Голяма политехническа енциклопедия

скорост на химична реакция- стойност, която характеризира интензивността на химичната реакция. Скоростта на образуване на реакционен продукт е количеството на този продукт в резултат на реакция за единица време за единица обем (ако реакцията е хомогенна) или за ... ...

скорост на химична реакция- основната концепция на химичната кинетика. За прости хомогенни реакции скоростта на химичната реакция се измерва чрез промяна в броя на моловете на реагиралото вещество (при постоянен обем на системата) или чрез промяна в концентрацията на някое от изходните вещества ... енциклопедичен речник

Скоростта на химична реакция- стойност, характеризираща интензивността на химическа реакция (виж Химични реакции). Скоростта на образуване на реакционен продукт е количеството на този продукт в резултат на реакцията за единица време в единица обем (ако ... ...

СКОРОСТ НА ХИМИЧНАТА РЕАКЦИЯ- основен понятието хим. кинетика. За прости хомогенни реакции S. x. Р. измерено чрез промяна в броя на моловете реагирали във va (при постоянен обем на системата) или чрез промяна в концентрацията на който и да е от първоначалните in или реакционни продукти (ако обемът на системата ...

МЕХАНИЗЪМ НА ХИМИЧНАТА РЕАКЦИЯ- За сложни реакции, състоящи се от няколко. етапи (прости или елементарни реакции), механизмът е набор от етапи, в резултат на които първоначалните във ва се превръщат в продукти. Междинните продукти във вас в тези реакции могат да действат като молекули, ... ... Естествени науки. енциклопедичен речник

Реакции на нуклеофилно заместване- (англ. nucleophilic substitution response) реакции на заместване, при които атаката се извършва от нуклеофилен реагент, носещ неподелена електронна двойка. Напускащата група в реакциите на нуклеофилно заместване се нарича нуклеофуг. Всички ... Уикипедия

Химична реакция- превръщането на едни вещества в други, различни от първоначалните по химичен състав или структура. Общият брой на атомите на всеки даден елемент, както и самите химични елементи, които изграждат веществата, остават в R. x. непроменен; този R. x ... Велика съветска енциклопедия

скорост на рисуване- линейна скорост на движение на метала на изхода от матрицата, m/s. При съвременните чертожни машини скоростта на изтегляне достига 50-80 m/s. Въпреки това, дори по време на изтегляне на тел, скоростта като правило не надвишава 30–40 m/s. В…… Енциклопедичен речник по металургия

Скоростта на химичната реакция е промяната в концентрацията на реагентите за единица време.

При хомогенни реакции, реакционното пространство се отнася до обема на реакционния съд, а при хетерогенните реакции, повърхността, върху която протича реакцията. Концентрацията на реагентите обикновено се изразява в mol/l - броя на моловете от веществото в 1 литър разтвор.

Скоростта на химичната реакция зависи от естеството на реагентите, концентрацията, температурата, налягането, контактната повърхност на веществата и нейната природа, наличието на катализатори.

Увеличаването на концентрацията на вещества, влизащи в химично взаимодействие, води до увеличаване на скоростта на химичната реакция. Това е така, защото всички химични реакции протичат между определен брой реагиращи частици (атоми, молекули, йони). Колкото повече от тези частици са в обема на реакционното пространство, толкова по-често се сблъскват и възниква химично взаимодействие. Химическата реакция може да протече чрез един или повече елементарни действия (сблъсъци). Въз основа на уравнението на реакцията е възможно да се напише израз за зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на реагентите. Ако само една молекула участва в елементарен акт (по време на реакция на разлагане), зависимостта ще изглежда така:

v= k*[A]

Това е уравнението за мономолекулна реакция. Когато две различни молекули взаимодействат в елементарен акт, зависимостта има формата:

v= k*[A]*[B]

Реакцията се нарича бимолекулярна. В случай на сблъсък на три молекули е валиден изразът:

v= k*[A]*[B]*[C]

Реакцията се нарича тримолекулна. Коефициентни обозначения:

v — бърза реакция;

[A], [B], [C] са концентрациите на реагентите;

k е коефициентът на пропорционалност; се нарича константа на скоростта на реакцията.

Ако концентрациите на реагентите са равни на единица (1 mol/l) или техният продукт е равен на единица, тогава v= k.. Скоростната константа зависи от природата на реагентите и от температурата. Зависимостта на скоростта на прости реакции (т.е. реакции, протичащи чрез един елементарен акт) от концентрацията се описва от закона за масовото действие: скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрацията на реагентите, повдигната на степен на техните стехиометрични коефициенти.

Например, нека анализираме реакцията 2NO + O 2 = 2NO 2.

В нея v= k* 2 *

В случай, че уравнението на химичната реакция не съответства на елементарен акт на взаимодействие, а отразява само връзката между масата на реагиралите и образуваните вещества, тогава степените на концентрациите няма да бъдат равни на коефициентите пред формулите на съответните вещества в уравнението на реакцията. За реакция, която протича на няколко етапа, скоростта на реакцията се определя от скоростта на най-бавния (ограничаващ) етап.

Тази зависимост на скоростта на реакцията от концентрацията на реагентите е валидна за газове и реакции, протичащи в разтвор. Реакциите, включващи твърди вещества, не се подчиняват на закона за масовото действие, тъй като взаимодействието на молекулите се извършва само на интерфейса. Следователно, скоростта на хетерогенна реакция също зависи от размера и естеството на контактната повърхност на реагиращите фази. Колкото по-голяма е повърхността, толкова по-бързо ще протече реакцията.

Ефектът на температурата върху скоростта на химичната реакция

Ефектът на температурата върху скоростта на химическата реакция се определя от правилото на Вант Хоф: с повишаване на температурата за всеки 10 ° С, скоростта на реакцията се увеличава 2-4 пъти.Математически това правило се предава от следното уравнение:

v t2= v t1*g(t2-t1)/10

където v t1и v t2 —скорост на реакцията при температури t2 и t1; g - температурен коефициент на реакцията - число, показващо колко пъти се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата за всеки 10 ° В. Такава значителна зависимост на скоростта на химическата реакция от температурата се обяснява с факта, че образуването на нови вещества не възниква при всеки сблъсък на реагиращи молекули. Само тези молекули взаимодействат (активни молекули), които имат достатъчно енергия, за да разкъсат връзките в първоначалните частици. Следователно всяка реакция се характеризира с енергийна бариера. За да го преодолее, молекулата се нуждае от активираща енергия -някаква излишна енергия, която една молекула трябва да има, за да може нейният сблъсък с друга молекула да доведе до образуването на ново вещество. С повишаване на температурата броят на активните молекули бързо нараства, което води до рязко увеличаване на скоростта на реакцията според правилото на Ван Хоф. Енергията на активиране за всяка конкретна реакция зависи от природата на реагентите.

Теория на активните сблъсъципозволява да се обясни влиянието на някои фактори върху скоростта на химичната реакция. Основните положения на тази теория:

• Реакциите възникват, когато частици от реагенти, които имат определена енергия, се сблъскат.
• Колкото повече частици реагент, колкото по-близо са една до друга, толкова по-вероятно е да се сблъскат и да реагират.
• Само ефективните сблъсъци водят до реакцията, т.е. тези, при които "старите връзки" са разрушени или отслабени и следователно могат да се образуват "нови". За целта частиците трябва да имат достатъчна енергия.
• Нарича се минималната излишна енергия, необходима за ефективен сблъсък на частиците на реагентите енергия на активиране Ea.
• Активността на химикалите се проявява в ниската енергия на активиране на реакциите, в които участват. Колкото по-ниска е енергията на активиране, толкова по-висока е скоростта на реакцията.Например при реакции между катиони и аниони енергията на активиране е много ниска, така че такива реакции протичат почти мигновено.

Влияние на катализатора

Едно от най-ефективните средства за повлияване на скоростта на химичните реакции е използването на катализатори. Да се катализатори -Това са вещества, които променят скоростта на реакцията и до края на процеса остават непроменени по състав и маса. С други думи, в момента на самата реакция катализаторът активно участва в химичния процес, но до края на реакцията реагентите променят химичния си състав, превръщайки се в продукти и катализаторът се освобождава в първоначалната си форма. Обикновено ролята на катализатора е да увеличи скоростта на реакцията, въпреки че някои катализатори не ускоряват, а забавят процеса. Феноменът на ускоряване на химичните реакции поради наличието на катализатори се нарича катализа,и забавяния инхибиране.

Някои вещества нямат каталитичен ефект, но техните добавки рязко повишават каталитичната способност на катализаторите. Такива вещества се наричат промоутъри. Други вещества (каталитични отрови) намаляват или дори напълно блокират действието на катализаторите, този процес се нарича отравяне с катализатор.

Има два вида катализа: хомогенени разнородни. При хомогенна катализареагентите, продуктите и катализаторът представляват една фаза (газ или течност). В този случай няма интерфейс между катализатора и реагентите.

Особеност хетерогенна катализае, че катализаторите (обикновено твърди вещества) са във фазово състояние, различно от реагентите и реакционните продукти. Реакцията обикновено се развива на повърхността на твърдо вещество.

При хомогенната катализа се образуват междинни продукти между катализатора и реагента в резултат на реакция с по-ниска енергия на активиране. При хетерогенната катализа увеличаването на скоростта се обяснява с адсорбцията на реагентите върху повърхността на катализатора. В резултат на това концентрацията им се увеличава и скоростта на реакцията се увеличава.

Специален случай на катализа е автокатализа.Значението му се състои в това, че химичният процес се ускорява от един от продуктите на реакцията.

Скоростта на химическа реакция се разбира като промяна в концентрацията на едно от реагиращите вещества за единица време при постоянен обем на системата.

Обикновено концентрацията се изразява в mol/L, а времето в секунди или минути. Ако например първоначалната концентрация на един от реагентите е била 1 mol / l и след 4 s от началото на реакцията е станала 0,6 mol / l, тогава средната скорост на реакцията ще бъде равна на (1-0,6) / 4 \u003d 0, 1 mol/(l*s).

Средната скорост на реакцията се изчислява по формулата:

Скоростта на химичната реакция зависи от:

Естеството на реагентите.

Веществата с полярна връзка в разтворите взаимодействат по-бързо, това се дължи на факта, че такива вещества в разтвори образуват йони, които лесно взаимодействат помежду си.

Веществата с неполярни и нискополярни ковалентни връзки реагират с различна скорост, това зависи от тяхната химическа активност.

H 2 + F 2 = 2HF (върви много бързо с експлозия при стайна температура)

H 2 + Br 2 \u003d 2HBr (върви бавно, дори при нагряване)

Стойности на повърхностния контакт на реагентите (за хетерогенни)

Концентрации на реагентите

Скоростта на реакцията е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите, повишени на степен на техните стехиометрични коефициенти.

Температури

Зависимостта на скоростта на реакцията от температурата се определя от правилото на Ван Хоф:

с повишаване на температурата за всеки 10 0 скоростта на повечето реакции се увеличава 2-4 пъти.

Наличието на катализатор

Катализаторите са вещества, които променят скоростта на химичните реакции.

Промяната в скоростта на реакцията в присъствието на катализатор се нарича катализа.

налягане

С увеличаване на налягането скоростта на реакцията се увеличава (за хомогенна)

Въпрос номер 26. Закон за масовите действия. Постоянна скорост. Активираща енергия.

Закон за масовите действия.

скоростта, с която веществата реагират едно с друго, зависи от тяхната концентрация

Постоянна скорост.

коефициент на пропорционалност в кинетичното уравнение на химична реакция, изразяващ зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията

Скоростната константа зависи от природата на реагентите и от температурата, но не зависи от техните концентрации.

Активираща енергия.

енергията, която трябва да се предаде на молекулите (частиците) на реагиращите вещества, за да ги превърнат в активни

Енергията на активиране зависи от естеството на реагентите и промените в присъствието на катализатор.

Увеличаването на концентрацията увеличава общия брой молекули и съответно активните частици.

Въпрос номер 27. Обратими и необратими реакции. Химично равновесие, равновесна константа. Принцип на Льо Шателие.

Реакциите, които протичат само в една посока и завършват с пълно превръщане на изходните вещества в крайни, се наричат ​​необратими.

Обратимите реакции са тези, които протичат едновременно в две взаимно противоположни посоки.

В уравненията на обратимите реакции между лявата и дясната страна са поставени две стрелки, сочещи в противоположни посоки. Пример за такава реакция е синтезът на амоняк от водород и азот:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

Необратими са такива реакции, по време на които:

Получените продукти се утаяват или се отделят като газ, например:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Образуване на вода:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

Обратимите реакции не достигат до края и завършват с установяването химично равновесие.

Химичното равновесие е състояние на система от реагиращи вещества, при което скоростите на правата и обратната реакция са еднакви.

Състоянието на химичното равновесие се влияе от концентрацията на реагиращите вещества, температурата, а за газовете - налягането. Когато един от тези параметри се промени, химичното равновесие се нарушава.

Константа на равновесие.

Най-важният параметър, характеризиращ една обратима химична реакция, е равновесната константа K. Ако запишем за разглежданата обратима реакция A + D C + D условието за равенство на скоростите на правата и обратната реакция в равновесно състояние - k1[A] равно[B]равно = k2[C]равно[ D] е равно, откъдето [C] е равно на [D] е равно / [A] е равно на [B] е равно на = k1/k2 = K, тогава стойността на K се нарича равновесие константа на химическа реакция.

И така, при равновесие, съотношението на концентрацията на реакционните продукти към продукта на концентрацията на реагентите е постоянно, ако температурата е постоянна (константите на скоростта k1 и k2 и, следователно, равновесната константа K зависят от температурата, но не зависят от концентрацията на реагентите). Ако в реакцията участват няколко молекули от изходните вещества и се образуват няколко молекули от продукта (или продуктите), концентрациите на веществата в израза за равновесната константа се повишават до степените, съответстващи на техните стехиометрични коефициенти. Така че за реакцията 3H2 + N2 2NH3, изразът за равновесната константа е написан като K = 2 равно / 3 равно. Описаният метод за извличане на равновесната константа, базиран на скоростта на правата и обратната реакция, не може да се използва в общия случай, тъй като при сложни реакции зависимостта на скоростта от концентрацията обикновено не се изразява с просто уравнение или не е известна изобщо. Въпреки това в термодинамиката е доказано, че крайната формула за равновесната константа се оказва правилна.

За газообразни съединения, вместо концентрации, може да се използва налягане при записване на равновесната константа; Очевидно числената стойност на константата може да се промени в този случай, ако броят на газообразните молекули от дясната и лявата страна на уравнението не е еднакъв.

Принцип на Льо Шателие.

Ако някакво външно въздействие се произведе върху система в равновесие, тогава равновесието се измества в посоката на реакцията, която противодейства на това влияние.

Химическият баланс се влияе от:

Промяна на температурата. С повишаване на температурата равновесието се измества към ендотермична реакция. С понижаването на температурата равновесието се измества към екзотермична реакция.

Промяна в налягането. С увеличаване на налягането равновесието се измества в посока на намаляване на броя на молекулите. С намаляването на налягането равновесието се измества в посока на увеличаване на броя на молекулите.

Теми на USE кодификатора:Бърза реакция. Зависимостта му от различни фактори.

Скоростта на химическата реакция показва колко бързо протича реакцията. Взаимодействието възниква, когато частиците се сблъскват в пространството. В този случай реакцията не възниква при всеки сблъсък, а само когато частиците имат подходящата енергия.

Бърза реакция е броят на елементарните сблъсъци на взаимодействащи частици, завършващи с химическа трансформация, за единица време.

Определянето на скоростта на химичната реакция е свързано с условията за нейното протичане. Ако реакцията хомогенен– т.е. продуктите и реагентите са в една и съща фаза - тогава скоростта на химичната реакция се определя като промяната на веществото за единица време:

υ = ∆C / ∆t.

Ако реагентите или продуктите са в различни фази и сблъсъкът на частиците се случва само на границата, тогава реакцията се нарича разнородни, а скоростта му се определя от изменението на количеството вещество за единица време на единица реакционна повърхност:

υ = Δν / (S Δt).

Как да накараме частиците да се сблъскват по-често, т.е. как увеличаване на скоростта на химична реакция?

1. Най-лесният начин е да увеличите температура . Както трябва да знаете от курса си по физика, температурата е мярка за средната кинетична енергия на движението на частиците на материята. Ако повишим температурата, тогава частиците на всяко вещество започват да се движат по-бързо и следователно се сблъскват по-често.

Въпреки това, с повишаване на температурата, скоростта на химичните реакции се увеличава главно поради факта, че броят на ефективните сблъсъци се увеличава. С повишаване на температурата броят на активните частици, които могат да преодолеят енергийната бариера на реакцията, рязко нараства. Ако намалим температурата, частиците започват да се движат по-бавно, броят на активните частици намалява и броят на ефективните сблъсъци в секунда намалява. Поради това, Когато температурата се повиши, скоростта на химичната реакция се увеличава, а когато температурата се понижи, тя намалява..

Забележка! Това правило работи еднакво за всички химични реакции (включително екзотермични и ендотермични). Скоростта на реакцията не зависи от топлинния ефект. Скоростта на екзотермичните реакции се увеличава с повишаване на температурата и намалява с понижаване на температурата. Скоростта на ендотермичните реакции също се увеличава с повишаване на температурата и намалява с понижаване на температурата.

Освен това през 19-ти век холандският физик ван'т Хоф експериментално установи, че повечето реакции се увеличават с приблизително същата скорост (с около 2-4 пъти) с повишаване на температурата с 10 ° C. Правилото на Ван'т Хоф звучи така: повишаването на температурата с 10 ° C води до увеличаване на скоростта на химичната реакция с 2-4 пъти (тази стойност се нарича температурен коефициент на скоростта на химичната реакция γ). За всяка реакция се определя точната стойност на температурния коефициент.

Тук v 2 - скорост на реакцията при температура Т 2, v 1 - скорост на реакцията при температура Т 1, γ е температурният коефициент на скоростта на реакцията, коефициентът на van't Hoff.

В някои ситуации не винаги е възможно да се увеличи скоростта на реакцията с помощта на температура, т.к. някои вещества се разлагат при повишаване на температурата, някои вещества или разтворители се изпаряват при повишени температури и т.н., т.е. условията на процеса са нарушени.

2. Концентрация. Можете също така да увеличите броя на ефективните сблъсъци, като промените концентрация реагенти . обикновено се използва за газове и течности, като В газовете и течностите частиците се движат бързо и се смесват активно. Колкото по-голяма е концентрацията на реагиращите вещества (течности, газове), толкова по-голям е броят на ефективните сблъсъци и толкова по-висока е скоростта на химичната реакция.

Въз основа на голям брой експерименти през 1867 г. в трудовете на норвежките учени П. Гулденберг и П. Вааге и независимо от тях през 1865 г. от руския учен Н.И. Бекетов извежда основния закон на химичната кинетика, който установява зависимостта на скоростта на химичната реакция от концентрацията на реагентите:

Скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите в степени, равни на техните коефициенти в уравнението на химичната реакция.

За химическа реакция от вида: aA + bB = cC + dD законът за действието на масите се записва, както следва:

тук v е скоростта на химическата реакция,

C A и C B — концентрации на вещества А и В, съответно, mol/l

к е коефициентът на пропорционалност, константата на скоростта на реакцията.

Например, за реакцията на образуване на амоняк:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Законът за масовото действие изглежда така:

Константата на скоростта на реакцията показва колко бързо ще реагират веществата, ако техните концентрации са 1 mol / l или техният продукт е 1. Константата на скоростта на химичната реакция зависи от температурата и не зависи от концентрацията на реагиращите вещества.

Законът за масовото действие не отчита концентрацията на твърди вещества, т.к те реагират, като правило, на повърхността и броят на реагиращите частици на единица повърхност не се променя.

В повечето случаи химическата реакция се състои от няколко прости стъпки, като в този случай уравнението на химическата реакция показва само общото или окончателното уравнение на протичащите процеси. В същото време скоростта на химическата реакция зависи (или не) по сложен начин от концентрацията на реагентите, междинните продукти или катализатора, така че точната форма на кинетичното уравнение се определя експериментално или въз основа на анализ на предложения механизъм на реакция. Обикновено скоростта на сложна химическа реакция се определя от скоростта на нейната най-бавна стъпка ( ограничаващ етап).

3. Натиск.За газовете концентрацията зависи пряко от налягане. С увеличаване на налягането концентрацията на газовете се увеличава. Математическият израз на тази зависимост (за идеален газ) е уравнението на Менделеев-Клапейрон:

pV=νRT

Така, ако сред реагентите има газообразно вещество, тогава при Когато налягането се увеличи, скоростта на химичната реакция се увеличава; когато налягането се намали, тя намалява. .

Например.Как ще се промени скоростта на реакцията на топене на вар със силициев оксид:

CaCO 3 + SiO 2 ↔ CaSiO 3 + CO 2

с увеличаване на налягането?

Правилният отговор би бил - няма как, защото. сред реагентите няма газове, а калциевият карбонат е твърда сол, неразтворима във вода, силициевият оксид е твърдо вещество. Газът ще бъде продуктът - въглероден диоксид. Но продуктите не влияят на скоростта на предната реакция.

Друг начин за увеличаване на скоростта на химическа реакция е да я насочите по различен път, като замените директното взаимодействие, например, на вещества А и В с поредица от последователни реакции с трето вещество К, които изискват много по-малко енергия ( имат по-ниска енергийна бариера на активиране) и протичат при дадени условия по-бързо от директната реакция. Това трето вещество се нарича катализатор .

- Това са химикали, участващи в химическа реакция, променяйки нейната скорост и посока, но не е изразходванпо време на реакцията (в края на реакцията те не се променят нито по количество, нито по състав). Приблизителен механизъм за действие на катализатор за реакция от типа A + B може да бъде изобразен по следния начин:

A+K=AK

AK + B = AB + K

Процесът на промяна на скоростта на реакцията при взаимодействие с катализатор се нарича катализа. Катализаторите се използват широко в индустрията, когато е необходимо да се увеличи скоростта на реакцията или да се насочи по определен път.

Според фазовото състояние на катализатора се разграничават хомогенна и хетерогенна катализа.

хомогенна катализа - това е, когато реагентите и катализаторът са в една и съща фаза (газ, разтвор). Типичните хомогенни катализатори са киселини и основи. органични амини и др.

хетерогенна катализа - това е, когато реагентите и катализаторът са в различни фази. Като правило, хетерогенните катализатори са твърди вещества. защото взаимодействието в такива катализатори се случва само на повърхността на веществото, важно изискване за катализаторите е голяма повърхностна площ. Хетерогенните катализатори се характеризират с висока порьозност, което увеличава повърхността на катализатора. Така общата повърхност на някои катализатори понякога достига 500 квадратни метра на 1 g катализатор. Голямата площ и порьозността осигуряват ефективно взаимодействие с реагентите. Хетерогенните катализатори включват метали, зеолити - кристални минерали от алумосиликатната група (съединения на силиций и алуминий) и др.

Примерхетерогенна катализа - синтез на амоняк:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Като катализатор се използва поресто желязо с примеси Al 2 O 3 и K 2 O.

Самият катализатор не се изразходва по време на химическата реакция, но на повърхността на катализатора се натрупват други вещества, които свързват активните центрове на катализатора и блокират работата му ( каталитични отрови). Те трябва да се отстраняват редовно чрез регенериране на катализатора.

Катализаторите са много ефективни в биохимичните реакции. ензими. Ензимните катализатори действат високоефективно и селективно, със селективност от 100%. За съжаление, ензимите са много чувствителни към повишаване на температурата, киселинност на средата и други фактори; следователно има редица ограничения за прилагането на процеси с ензимна катализа в индустриален мащаб.

Катализаторите не трябва да се бъркат с инициаторипроцес и инхибитори. Например, за да се инициира радикална реакция на хлориране на метан, е необходимо ултравиолетово облъчване. Не е катализатор. Някои радикални реакции се инициират от пероксидни радикали. Те също не са катализатори.

инхибиториса вещества, които забавят химична реакция. Инхибиторите могат да се консумират и да участват в химическа реакция. В този случай инхибиторите не са катализатори, а обратното. Обратната катализа е принципно невъзможна - реакцията при всички случаи ще се опита да следва най-бързия път.

5. Зона на контакт на реагентите. За хетерогенни реакции един от начините за увеличаване на броя на ефективните сблъсъци е да се увеличи площ на реакционната повърхност . Колкото по-голяма е контактната повърхност на реагиращите фази, толкова по-голяма е скоростта на хетерогенната химична реакция. Прахообразният цинк се разтваря много по-бързо в киселина от гранулирания цинк със същата маса.

В промишлеността, за да се увеличи площта на контактната повърхност на реагентите, те използват метод с кипящ слой. Например, при производството на сярна киселина по метода на кипящия слой, пиритът се пече.

6. Естеството на реагентите . Скоростта на химичните реакции, при равни други условия, също се влияе от химичните свойства, т.е. природата на реагентите. По-малко активните вещества ще имат по-висока бариера за активиране и ще реагират по-бавно от по-активните вещества. По-активните вещества имат по-ниска енергия на активиране и много по-лесно и по-вероятно влизат в химични реакции.

При ниски енергии на активиране (под 40 kJ/mol) реакцията протича много бързо и лесно. Значителна част от сблъсъците между частиците завършват с химична трансформация. Например реакциите на йонообмен протичат много бързо при нормални условия.

При високи енергии на активиране (повече от 120 kJ/mol), само малък брой сблъсъци завършват с химическа трансформация. Честотата на такива реакции е незначителна. Например, азотът практически не взаимодейства с кислорода при нормални условия.

При средни енергии на активиране (от 40 до 120 kJ/mol), скоростта на реакцията ще бъде средна. Такива реакции също протичат при нормални условия, но не много бързо, така че да могат да се наблюдават с просто око. Тези реакции включват взаимодействието на натрий с вода, взаимодействието на желязото със солна киселина и др.

Веществата, които са стабилни при нормални условия, обикновено имат висока енергия на активиране.

Скоростта на химичните реакции. Химично равновесие

план:

1. Концепцията за скоростта на химичната реакция.

2. Фактори, влияещи върху скоростта на химичната реакция.

3. Химически баланс. Фактори, влияещи върху преместващия баланс. Принцип на Льо Шателие.

Химичните реакции протичат с различна скорост. Реакциите във водни разтвори протичат много бързо. Например, ако разтворите на бариев хлорид и натриев сулфат се отцедят, веднага се утаява бяла утайка от бариев сулфат. Етиленът обезцветява бромната вода бързо, но не моментално. Ръждата бавно се образува върху железни предмети, плака се появява върху медни и бронзови продукти, листата гният.

Науката се занимава с изучаването на скоростта на химичната реакция, както и с идентифицирането на нейната зависимост от условията на процеса - химична кинетика.

Ако реакциите протичат в хомогенна среда, например в разтвор или газова фаза, тогава взаимодействието на реагиращите вещества се осъществява в целия обем. Такива реакции се наричат хомогенен.

Ако възникне реакция между вещества, които са в различни агрегатни състояния (например между твърдо вещество и газ или течност) или между вещества, които не са способни да образуват хомогенна среда (например между две несмесващи се течности), тогава тя протича само върху контактната повърхност на веществата. Такива реакции се наричат разнородни.

υ на хомогенна реакция се определя от промяната в количеството вещество на единица на единица обем:

υ \u003d Δ n / Δt ∙ V

където Δ n е промяната в броя на моловете на едно от веществата (най-често първоначалното, но може да бъде и реакционният продукт), (mol);

V - обем газ или разтвор (l)

Тъй като Δ n / V = ​​​​ΔC (промяна в концентрацията), тогава

υ \u003d Δ C / Δt (mol / l ∙ s)

υ на хетерогенна реакция се определя от промяната в количеството вещество за единица време на единица контактна повърхност на веществата.

υ \u003d Δ n / Δt ∙ S

където Δ n е промяната в количеството на веществото (реагент или продукт), (mol);

Δt е интервалът от време (s, min);

S - повърхност на контакт на веществата (cm 2, m 2)

Защо скоростите на различните реакции не са еднакви?

За да започне химическа реакция, молекулите на реагентите трябва да се сблъскат. Но не всеки сблъсък води до химическа реакция. За да може сблъсъкът да доведе до химическа реакция, молекулите трябва да имат достатъчно висока енергия. Наричат ​​се частици, които се сблъскват една с друга, за да претърпят химическа реакция активен.Те имат излишна енергия спрямо средната енергия на повечето частици - енергията на активиране Д акт.В дадено вещество има много по-малко активни частици, отколкото със средна енергия, следователно, за да започнат много реакции, системата трябва да бъде снабдена с известна енергия (светлинна светкавица, нагряване, механичен удар).

Енергийна бариера (стойност Д акт) на различните реакции е различно, колкото по-ниско е, толкова по-лесно и по-бързо протича реакцията.

2. Фактори, влияещи върху υ(брой сблъсъци на частици и тяхната ефективност).

1) Естеството на реагентите:техният състав, структура => енергия на активиране

▪ толкова по-малко Д акт, толкова повече υ;

Ако Д акт < 40 кДж/моль, то это значит, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, т.к. в этих реакциях участвуют разноименнозаряженные частицы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

Ако Д акт> 120 kJ/mol, това означава, че само незначителна част от сблъсъците между взаимодействащите частици водят до реакцията. Честотата на такива реакции е много ниска. Например ръждясването на желязото или

протичането на реакцията на синтез на амоняк при обикновена температура е почти невъзможно да се забележи.

Ако Д актимат междинни стойности (40 - 120 kJ / mol), тогава скоростта на такива реакции ще бъде средна. Такива реакции включват взаимодействието на натрий с вода или етанол, обезцветяване на бромна вода с етилен и др.

2) температура: при t за всеки 10 0 C, υ 2-4 пъти (правило на van't Hoff).

υ 2 \u003d υ 1 ∙ γ Δt / 10

При t, броят на активните частици (s Д акт) и техните активни сблъсъци.

Задача 1.Скоростта на определена реакция при 0 0 C е 1 mol/l ∙ h, температурният коефициент на реакцията е 3. Каква ще бъде скоростта на тази реакция при 30 0 C?

υ 2 \u003d υ 1 ∙ γ Δt / 10

υ 2 \u003d 1 ∙ 3 30-0 / 10 \u003d 3 3 \u003d 27 mol / l ∙ h

3) Концентрация:колкото повече, толкова по-често възникват сблъсъци и υ. При постоянна температура за реакцията mA + nB = C съгласно закона за масовото действие:

υ = k ∙ C A m ∙ C B n

където k е константата на скоростта;

С – концентрация (mol/l)

Закон за действащите маси:

Скоростта на химичната реакция е пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите, взети в степени, равни на техните коефициенти в уравнението на реакцията.

W.d.m. не отчита концентрацията на реагиращите вещества в твърдо състояние, т.к те реагират на повърхности и техните концентрации обикновено остават постоянни.

Задача 2.Реакцията протича по уравнението A + 2B → C. Колко пъти и как ще се промени скоростта на реакцията с увеличаване на концентрацията на вещество B с 3 пъти?

Решение: υ = k ∙ C A m ∙ C B n

υ \u003d k ∙ C A ∙ C B 2

υ 1 = k ∙ a ∙ в 2

υ 2 \u003d k ∙ a ∙ 3 в 2

υ 1 / υ 2 \u003d a ∙ in 2 / a ∙ 9 in 2 \u003d 1/9

Отговор: увеличете с 9 пъти

При газообразните вещества скоростта на реакцията зависи от налягането

Колкото по-голямо е налягането, толкова по-висока е скоростта.

4) КатализаториВещества, които променят механизма на реакцията Д акт => υ .

▪ Катализаторите остават непроменени в края на реакцията

▪ Ензимите са биологични катализатори, протеини по природа.

▪ Инхибитори – вещества, които ↓ υ

5) За хетерогенни реакции υ също зависи от:

▪ върху състоянието на контактната повърхност на реагентите.

Сравнете: равни обеми разтвор на сярна киселина се изсипват в 2 епруветки и едновременно се спускат в едната - железен гвоздей, в другата - железни стърготини Смилането на твърдо вещество води до увеличаване на броя на неговите молекули, които могат едновременно да реагират. Следователно скоростта на реакцията във втората епруветка ще бъде по-висока, отколкото в първата.