Швидкість хімічної реакції

Швидкість хімічної реакції- Зміна кількості однієї з реагуючих речовин за одиницю часу в одиниці реакційного простору. Є ключовим поняттям хімічної кінетики. Швидкість хімічної реакції - величина завжди позитивна, тому, якщо вона визначається за вихідною речовиною (концентрація якої зменшується в процесі реакції), отримане значення множиться на −1.

Наприклад для реакції:

вираз для швидкості виглядатиме так:

. Швидкість хімічної реакції у кожен час пропорційна концентраціям реагентів, зведеним ступеня, рівні їх стехиометрическим коефіцієнтам .

Для елементарних реакцій показник ступеня при значенні концентрації кожної речовини часто дорівнює його стехіометричному коефіцієнту, для складних реакцій це правило не дотримується. Крім концентрації на швидкість хімічної реакції впливають такі фактори:

• природа реагуючих речовин,
• наявність каталізатора,
• температура (правило Вант-Гоффа),
• тиск,
• площа поверхні реагуючих речовин.

Якщо ми розглянемо найпростішу хімічну реакцію A + B → C, ми помітимо, що миттєвашвидкість хімічної реакції величина непостійна.

Література

• Кубасов А. А. Хімічна кінетика та каталіз.
• Пригожин І., Дефей Р. Хімічна термодинаміка. Новосибірськ: Наука, 1966. 510 с.
• Яблонський Р. С., Биков Ст І., Горбань А. Н., Кінетичні моделі каталітичних реакцій, Новосибірськ: Наука (Сиб. відділення), 1983. - 255 c.

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Уельські діалекти англійської мови
• Пила (серія фільмів)

Дивитись що таке "Швидкість хімічної реакції" в інших словниках:

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ- Основне поняття хімічної кінетики. Для простих гомогенних реакцій швидкість хімічної реакції вимірюють по зміні числа молей речовини, що прореагувала (при постійному обсязі системи) або по зміні концентрації будь-якої з вихідних речовин. Великий Енциклопедичний словник

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ- Основне поняття хім. кінетики, що виражає відношення кількості речовини, що прореагувала (в молях) до відрізку часу, за який відбулася взаємодія. Оскільки при взаємодії змінюються концентрації речовин, що реагують, швидкість зазвичай … Велика політехнічна енциклопедія

швидкість хімічної реакції- Величина, що характеризує інтенсивність хімічної реакції. Швидкістю утворення продукту реакції називають кількість цього продукту в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму (якщо реакція гомогенна) або на…

швидкість хімічної реакції- Основне поняття хімічної кінетики. Для простих гомогенних реакцій швидкість хімічної реакції вимірюють по зміні числа молей речовини, що прореагувала (при постійному обсязі системи) або по зміні концентрації будь-якої з вихідних речовин. Енциклопедичний словник

Швидкість хімічної реакції- Величина, що характеризує інтенсивність реакції хімічної (див. Реакції хімічні). Швидкістю утворення продукту реакції називається кількість цього продукту, що виникає в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму (якщо…

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ- Осн. Хім концепції. кінетики. Для простих гомогенних реакцій С. х. нар. вимірюють по зміні числа молей прореагував у ва (при пост. Обсязі системи) або по зміні концентрації будь-якого з вихідних або продуктів реакції (якщо обсяг системи …).

МЕХАНІЗМ ХІМІЧНОЇ РЕАКЦІЇ- Для складних реакцій, що складаються з дек. стадій (простих, або елементарних реакцій), механізм це сукупність стадій, в результаті яких вихідні у ва перетворюються на продукти. Проміжними вами в цих реакціях можуть виступати як молекули, … Природознавство. Енциклопедичний словник

Реакції нуклеофільного заміщення- (англ. Nucleophilic substitution reaction) реакції заміщення, в яких атаку здійснює нуклеофіл реагент, що несе неподілену електронну пару. Йдуча група у реакціях нуклеофільного заміщення називається нуклеофуг. Всі … Вікіпедія

Реакції хімічні- перетворення одних речовин на інші, відмінні від вихідних за хімічним складом або будовою. Загальна кількість атомів кожного даного елемента, а також самі хімічні елементи, що становлять речовини, залишаються в Р. х. незміненими; цим Р. х … Велика Радянська Енциклопедія

швидкість волочіння- Лінійна швидкість руху металу на виході з волоки, м / с. На сучасних волочильних машинах швидкість волочіння досягає 50-80 м/с. Однак навіть при волочении дроту швидкість, зазвичай, вбирається у 30 40 м/с. При… … Енциклопедичний словник з металургії

Швидкість хімічної реакції – це зміна концентрації речовин, що реагують, в одиницю часу.

При гомогенних реакціях простором реакції позначається об'єм реакційної судини, а при гетерогенних поверхня, на якій протікає реакція. Концентрацію реагуючих речовин зазвичай виражають у моль/л - кількості молей речовини в 1 літрі розчину.

Швидкість хімічної реакції залежить від природи речовин, що реагують, концентрації, температури, тиску, поверхні дотику речовин і її характеру, присутності каталізаторів.

Збільшення концентрації речовин, що вступають у хімічну взаємодію, призводить до збільшення швидкості хімічної реакції. Це відбувається тому, що всі хімічні реакції проходять між деякою кількістю частинок, що реагують (атомами, молекулами, іонами). Чим більше цих частинок обсягом реакційного простору, тим частіше вони стикаються і відбувається хімічна взаємодія. Хімічна реакція може протікати через чи кілька елементарних актів (співдарень). З рівняння реакції можна записати вираз залежності швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин. Якщо в елементарному акті бере участь лише одна молекула (при реакції розкладання), залежність матиме такий вигляд:

v= k * [A]

Це рівняння мономолекулярної реакції. Коли елементарному акті відбувається взаємодія двох різних молекул, залежність має вигляд:

v= k*[A]*[B]

Реакція називається бімолекулярною. У разі зіткнення трьох молекул справедливий вираз:

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

Реакція називається тримолекулярною. Позначення коефіцієнтів:

v — швидкість реакції;

[А], [В], [С] - концентрації реагуючих речовин;

k - коефіцієнт пропорційності; називається константою швидкості реакції.

Якщо концентрації реагуючих речовин дорівнюють одиниці (1 моль/л) або їх добуток дорівнює одиниці, то v = k.. Константа швидкості залежить від природи реагуючих речовин та від температури. Залежність швидкості простих реакцій (тобто реакцій, що протікають через один елементарний акт) від концентрації описується законом мас: швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрації речовин, що реагують, зведених у ступінь їх стехіометричних коефіцієнтів.

Наприклад розберемо реакцію 2NO + O 2 = 2NO 2 .

У ній v= k * 2 *

У випадку, коли рівняння хімічної реакції не відповідає елементарному акту взаємодії, а відображає лише зв'язок між масою речовин, що вступили в реакцію і утворилися, то ступеня у концентрацій не будуть рівні коефіцієнтам, що стоять перед формулами відповідних речовин у рівнянні реакції. Для реакції, яка протікає в кілька стадій, швидкість реакції визначається швидкістю повільної (лімітує) стадії.

Така залежність швидкості реакції від концентрації речовин, що реагують, справедлива для газів і реакцій, що проходять в розчині. Реакції з участю твердих речовин не підпорядковуються закону діючих мас, оскільки взаємодія молекул відбувається на поверхні розділу фаз. Отже, швидкість гетерогенної реакції залежить ще й від величини та характеру поверхні дотику реагуючих фаз. Чим більша поверхня – тим швидше йтиме реакція.

Вплив температури на швидкість хімічної реакції

Вплив температури на швидкість хімічної реакції визначається правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 ° З швидкість реакції збільшується в 2-4 рази.Математично це правило передається наступним рівнянням:

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

де v t1і v t2 -швидкості реакцій при температурах t2 та t1; g — температурний коефіцієнт реакції — число, що показує, скільки разів збільшується швидкість реакції при підвищенні температури на кожні 10 ° C. Така значна залежність швидкості хімічної реакції від температури пояснюється тим, що утворення нових речовин відбувається не при будь-якому зіткненні молекул, що реагують. Взаємодіють тільки ті молекули (активні молекули), які мають достатню енергію, щоб розірвати зв'язки у вихідних частках. Тож кожна реакція характеризується енергетичним бар'єром. Для подолання молекули необхідна енергія активації -деяка надмірна енергія, якою повинна мати молекула для того, щоб її зіткнення з іншою молекулою призвело до утворення нової речовини. Зі зростанням температури кількість активних молекул швидко збільшується, що призводить до різкого зростання швидкості реакції за правилом Вант-Гоффа. Енергія активації кожної конкретної реакції залежить від природи реагуючих речовин.

Теорія активних зіткненьдає змогу пояснити вплив деяких факторів на швидкість хімічної реакції. Основні положення цієї теорії:

• Реакції відбуваються при зіткненні частинок реагентів, які мають певну енергію.
• Чим більше частинок реагентів, чим ближче вони один до одного, тим більше шансів у них зіткнутися та прореагувати.
• До реакції призводять лише ефективні зіткнення, тобто. такі за яких руйнуються чи послаблюються «старі зв'язки» і тому можуть утворитися «нові». Для цього частинки повинні мати достатню енергію.
• Мінімальний надлишок енергії, необхідний для ефективного зіткнення частинок реагентів, називається енергією активації Еа.
• Активність хімічних речовин проявляється в низькій енергії активації реакцій за їх участю. Чим нижча енергія активації, тим вища швидкість реакції.Наприклад, у реакціях між катіонами та аніонами енергія активації дуже мала, тому такі реакції протікають майже миттєво.

Вплив каталізатора

Одне з найефективніших засобів на швидкість хімічних реакцій — використання каталізаторів. До аталізаторице речовини, які змінюють швидкість реакції, а самі до кінця процесу залишаються незмінними за складом та за масою. Інакше кажучи, в момент самої реакції каталізатор бере активну участь у хімічному процесі, але до кінця реакції реагенти змінюють свій хімічний склад, перетворюючись на продукти, а каталізатор виділяється в початковому вигляді. Зазвичай роль каталізатора полягає у збільшенні швидкості реакції, хоча деякі каталізатори не прискорюють, а процес уповільнюють. Явище прискорення хімічних реакцій завдяки присутності каталізаторів має назву каталізу,а уповільнення - інгібування.

Деякі речовини не мають каталітичної дії, але їх добавки різко збільшують каталітичну здатність каталізаторів. Такі речовини називаються промоторами. Інші речовини (каталітичні отрути) зменшують або навіть повністю блокують дію каталізаторів, цей процес називається отруєнням каталізатора.

Існують два види каталізу: гомогеннийі гетерогенний. При гомогенний каталізреагенти, продукти та каталізатор становлять одну фазу (газову або рідку). В цьому випадку відсутня поверхня розділу між каталізатором та реагентами.

Особливість гетерогенного каталізуполягає в тому, що каталізатори (зазвичай тверді речовини) знаходяться в іншому фазовому стані, ніж реагенти та продукти реакції. Реакція розвивається зазвичай лежить на поверхні твердого тіла.

При гомогенному каталізі відбувається утворення проміжних продуктів між каталізатором і реагує в результаті реакції з меншим значенням енергії активації. При гетерогенному каталізі збільшення швидкості пояснюється адсорбцією речовин, що реагують на поверхні каталізатора. Внаслідок цього їх концентрація збільшується і швидкість реакції зростає.

Особливим випадком каталізу є аутокаталіз.Сенс його полягає в тому, що хімічний процес пришвидшується одним із продуктів реакції.

Під швидкістю хімічної реакції розуміють зміну концентрації однієї з реагуючих речовин за одиницю часу при незмінному обсязі системи.

Зазвичай концентрацію виражають у моль/л, а час – у секундах чи хвилинах. Якщо, наприклад, вихідна концентрація однієї з реагуючих речовин становила 1 моль/л, а через 4 з початку реакції вона стала 0,6 моль/л, то середня швидкість реакції дорівнюватиме (1-0,6)/4=0, 1 моль/(л*с).

Середня швидкість реакції обчислюється за такою формулою:

Швидкість хімічної реакції залежить від:

Природи речовин, що реагують.

Речовини з полярним зв'язком у розчинах взаємодіють швидше, це тим, що такі речовини у розчинах утворюються іони, які легко взаємодіють друг з одним.

Речовини з неполярним і малополярним ковалентним зв'язком реагують з різною швидкістю, це залежить від їхньої хімічної активності.

H 2 + F 2 = 2HF (іде дуже швидко з вибухом за кімнатної температури)

H 2 + Br 2 = 2HBr (іде повільно, навіть при нагріванні)

Величини поверхневого дотику реагуючих речовин (для гетерогенних)

Концентрації реагуючих речовин

Швидкість реакції прямопропорційна добутку концентрації речовин, що реагують, зведених у ступінь їх стехіометричних коефіцієнтів.

Температури

Залежність швидкості реакції від температури визначається правилом Вант-Гоффа:

при підвищенні температури на кожні 10 0 швидкість більшості реакцій збільшується у 2-4 рази.

Присутності каталізатора

Каталізаторами називаються речовини, що змінюють швидкість хімічної реакції.

Явище зміни швидкості реакції у присутності каталізатора називається каталізом.

Тиск

При збільшенні тиску швидкість реакції підвищується (для гомогенних)

Питання №26. Закон дії мас. Константа швидкості. Енергія активації.

Закон дії мас.

швидкість, з якою речовини реагують одна з одною, залежить від їхньої концентрації

Константа швидкості.

коефіцієнт пропорційності у кінетичному рівнянні хімічної реакції, що виражає залежність швидкості реакції від концентрації

Константа швидкості залежить від природи речовин, що реагують, і від температури, але не залежить від їх концентрацій.

Енергія активації.

енергія, яку треба повідомити молекулам (часткам) реагуючих речовин, щоб перетворити їх на активні

Енергія активації залежить від природи речовин, що реагують, і змінюється в присутності каталізатора.

Підвищення концентрації збільшується загальна кількість молекул, відповідно активних частинок.

Питання №27. Оборотні та незворотні реакції. Хімічна рівновага, константа рівноваги. Принцип Ле Шательє.

Реакції, які протікають тільки в одному напрямку та завершуються повним перетворенням вихідних речовин на кінцеві, називаються незворотними.

Оборотними називаються такі реакції, які одночасно протікають у двох взаємно протилежних напрямках.

У рівняннях оборотних реакцій між лівою та правою частиною ставлять дві стрілки, спрямовані у протилежні сторони. Прикладом такої реакції може служити синтез аміаку їх водню та азоту:

3H 2 + N 2 = 2NH 3

Необоротними називаються такі реакції, при протіканні яких:

Продукти, що утворюються, випадають в осад, або виділяються у вигляді газу, наприклад:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Освіта води:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

Оборотні реакції не доходять до кінця і закінчуються встановленням хімічної рівноваги.

Хімічна рівновага – це стан системи реагуючих речовин, при якому швидкості прямої та зворотної реакції рівні між собою.

На стан хімічного рівноваги впливає концентрації реагуючих речовин, температура, а газів – і тиск. При зміні одного з цих параметрів хімічна рівновага порушується.

Константа рівноваги.

Найважливіший параметр, що характеризує оборотну хімічну реакцію – константа рівноваги К. Якщо записати для розглянутої оборотної реакції A + D C + D умова рівності швидкостей прямої та зворотної реакції у стані рівноваги – k1[A]рівн[B]рівн = k2[C]рівн[ D]рівень, звідки [C]рівн[D]рівн/[A]рівн[B]рівн = k1/k2 = К, то величина К називається константою рівноваги хімічної реакції.

Отже, при рівновазі відношення концентрації продуктів реакції до твору концентрації реагентів постійно, якщо постійна температура (константи швидкості k1 і k2 і, отже, константа рівноваги залежать від температури, але не залежать від концентрації реагентів). Якщо в реакції беруть участь декілька молекул вихідних речовин і утворюється кілька молекул продукту (або продуктів), концентрації речовин у виразі для константи рівноваги зводяться до стехіометричних коефіцієнтів. Так реакції 3H2 + N2 2NH3 вираз для константи рівноваги записується як K = 2 равн/3равнравн. Описаний спосіб виведення константи рівноваги, заснований на швидкостях прямої та зворотної реакцій, у загальному випадку використовувати не можна, так як для складних реакцій залежність швидкості від концентрації зазвичай не виражається простим рівнянням або взагалі невідома. Тим не менш, у термодинаміці доводиться, що кінцева формула для константи рівноваги виявляється правильною.

Для газоподібних сполук замість концентрацій під час запису константи рівноваги можна використовувати тиск; очевидно, чисельне значення константи при цьому може змінитися, якщо число газоподібних молекул у правій та лівій частинах рівняння не однакові.

Пінцип Ле Шательє.

якщо систему, що у рівновазі, виробляється якесь зовнішнє вплив, то рівновага зміщується убік тієї реакції, яка протидіє цьому впливу.

На хімічну рівновагу впливає:

Зміна температури. При підвищенні температури рівновага зміщується у бік ендотермічної реакції. При зниженні температури рівновага зміщується у бік екзотермічної реакції.

Зміна тиску. При підвищенні тиску рівновага зміщується у бік зменшення числа молекул. При зниженні тиску рівновага зміщується у бік збільшення числа молекул.

Теми кодифікатора ЄДІ:Швидкість реакції. Її залежність від різних чинників.

Швидкість хімічної реакції показує, як швидко відбувається та чи інша реакція. Взаємодія відбувається при зіткненні частинок у просторі. При цьому реакція відбувається не при кожному зіткненні, а тільки коли частка мають відповідну енергію.

Швидкість реакції – кількість елементарних зіткнень взаємодіючих частинок, що закінчуються хімічним перетворенням, за одиницю часу.

Визначення швидкості хімічної реакції пов'язані з умовами проведення. Якщо реакція гомогенна- Тобто. продукти і реагенти знаходяться в одній фазі - швидкість хімічної реакції визначається, як зміна речовини в одиницю часу:

υ = ΔC / Δt.

Якщо реагенти, або продукти перебувають у різних фазах, і зіткнення частинок відбувається лише межі розділу фаз, то реакція називається гетерогенної, та швидкість її визначається зміною кількості речовини в одиницю часу на одиницю реакційної поверхні:

υ = Δν / (S · Δt).

Як змусити частки частіше стикатися, тобто. як збільшити швидкість хімічної реакції?

1. Найпростіший спосіб – підвищити температуру . Як вам, мабуть, відомо з курсу фізики, температура – ​​це міра середньої кінетичної енергії руху частинок речовини. Якщо ми підвищуємо температуру, то частинки будь-якої речовини починають рухатися швидше, а отже, стикатися частіше.

Однак при підвищенні температури швидкість хімічних реакцій збільшується переважно завдяки тому, що збільшується кількість ефективних зіткнень. При підвищенні температури різко збільшується кількість активних частинок, які можуть подолати енергетичний бар'єр реакції. Якщо знижуємо температуру – частки починають рухатися повільніше, кількість активних частинок зменшується, і кількість ефективних зіткнень на секунду зменшується. Таким чином, при підвищенні температури швидкість хімічної реакції підвищується, а при зниженні температури зменшується.

Зверніть увагу! Це правило працює однаково для всіх хімічних реакцій (у тому числі для екзотермічних та ендотермічних). Швидкість реакції залежить від теплового ефекту. Швидкість екзотермічних реакцій у разі підвищення температури зростає, а зниженні температури – зменшується. Швидкість ендотермічних реакцій також зростає при підвищенні температури і зменшується при зниженні температури.

Більше того, ще в XIX столітті голландський фізик Вант-Гофф експериментально встановив, що більшість реакцій приблизно однаково збільшують швидкість (приблизно в 2-4 рази) за підвищення температури на 10 о С. Правило Вант-Гоффа звучить так: підвищення температури на 10 о З призводить до збільшення швидкості хімічної реакції у 2-4 рази (цю величину називають температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції γ). Точне значення температурного коефіцієнта визначається кожної реакції.

Тут v 2 - Швидкість реакції при температурі T 2 , v 1 - швидкість реакції при температурі T 1 , γ - температурний коефіцієнт швидкості реакції, коефіцієнт Вант-Гоффа.

У деяких ситуаціях підвищити швидкість реакції з допомогою температури який завжди вдається, т.к. деякі речовини розкладаються у разі підвищення температури, деякі речовини чи арстворители випаровуються за підвищеної температури і т.д., тобто. порушуються умови проведення процесу.

2. Концентрація. Також підвищити кількість ефективних зіткнень можна, змінивши концентрацію реагуючих речовин . як правило, використовується для газів та рідин, т.к. у газах та рідинах частки швидко рухаються і активно перемішуються. Чим більша концентрація реагуючих речовин (рідин, газів), тим більша кількість ефективних зіткнень, і тим вища швидкість хімічної реакції.

З великої кількості експериментів 1867 року у роботах норвезьких учених П. Гульденберга і П. Вааге і, незалежно від цього, 1865 року російським ученим Н.І. Бекетовим було виведено основний закон хімічної кінетики, що встановлює залежність швидкості хімічної реакції від концентрації речовин, що реагують:

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних їх коефіцієнтам у рівнянні хімічної реакції.

Для хімічної реакції виду: aA + bB = cC + dD закон мас, що діють, записується так:

тут v - швидкість хімічної реакції,

C A і C B - Концентрації речовин А і В, відповідно, моль/л

k - Коефіцієнт пропорційності, константа швидкості реакції.

Наприкладдля реакції утворення аміаку:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

закон діючих мас виглядає так:

Константа швидкості реакції показує, з якою швидкістю реагуватимуть речовини, якщо їх концентрації дорівнюють 1 моль/л, або їх добуток дорівнює 1. Константа швидкості хімічної реакції залежить від температури і не залежить від концентрації реагуючих речовин.

У законі мас не враховуються концентрації твердих речовин, т.к. вони реагують, як правило, на поверхні, і кількість частинок, що реагують, на одиницю поверхні при цьому не змінюється.

У більшості випадків хімічна реакція складається з несольких простих етапів, у такому разі рівняння хімічної реакції показує лише сумарне або підсумкове рівняння процесів, що відбуваються. При цьому швидкість хімічної реакції складним чином залежить (або не залежить) від концентрації речовин, що реагують, напівпродуктів або каталізатора, тому точна форма кінетичного рівняння визначається експериментально, або на підставі аналізу передбачуваного механізму реакції. Як правило, швидкість складної хімічної реакції визначається швидкістю його найповільнішого етапу ( лімітуючої стадії).

3. Тиск.Для газів концентрація безпосередньо залежить від тиску. При підвищенні тиску збільшується концентрація газів. Математичний вираз цієї залежності (для ідеального газу) – рівняння Менделєєва-Клапейрона:

pV = νRT

Таким чином, якщо серед реагентів є газоподібна речовина, то при підвищенні тиску швидкість хімічної реакції збільшується, при зниженні тиску зменшується .

Наприклад.Як зміниться швидкість реакції сплавлення вапна з оксидом кремнію:

CaCO 3 + SiO 2 ↔ CaSiO 3 + CO 2

при збільшенні тиску?

Правильним відповіддю буде – ніяк, т.к. серед реагентів немає газів, а карбонат кальцію – тверда сіль, нерозчинна у воді, оксид кремнію – тверда речовина. Газом буде продукт – вуглекислий газ. Але продукти не впливають на швидкість прямої реакції.

Ще один спосіб збільшити швидкість хімічної реакції - направити її іншим шляхом, замінивши пряму взаємодію, наприклад, речовин А і В серією послідовних реакцій з третьою речовиною К, які вимагають набагато менших витрат енергії (мають нижчий активаційний енергетичний бар'єр) і протікають при даних умовах швидше, ніж пряма реакція Ця третя речовина називають каталізатором .

– це хімічні речовини, що беруть участь у хімічній реакції, що змінюють її швидкість та напрямок, але не витрачаютьсяв ході реакції (по закінченні реакції, що не змінюються ні за кількістю, ні за складом). Зразковий механізм роботи каталізатора для реакції виду А + можна вибрати так:

A + K = AK

AK + B = AB + K

Процес зміни швидкості реакції при взаємодії з каталізатором називають каталізом. Каталізатори широко застосовують у промисловості, коли необхідно збільшити швидкість реакції, або направити її певним шляхом.

За фазовим станом каталізатора розрізняють гомогенний та гетерогенний каталіз.

Гомогенний каталіз - це коли реагуючі речовини та каталізатор знаходяться в одній фазі (газ, розчин). Типові гомогенні каталізатори – кислоти та основи. органічні аміни та ін.

Гетерогенний каталіз – це коли реагуючі речовини та каталізатор перебувають у різних фазах. Як правило, гетерогенні каталізатори – тверді речовини. Т.к. взаємодія в таких каталізаторах йде лише на поверхні речовини, важливою вимогою для каталізаторів є велика площа поверхні. Гетерогенні каталізатори відрізняє висока пористість, що збільшує площу поверхні каталізатора. Так, сумарна площа поверхні деяких каталізаторів іноді досягає 500 метрів квадратних на 1 г каталізатора. Велика площа та пористість забезпечують ефективну взаємодію з реагентами. До гетерогенних каталізаторів відносяться метали, цеоліти - кристалічні мінерали групи алюмосилікатів (з'єднань кремнію та алюмінію) та інші.

прикладгетерогенного каталізу – синтез аміаку:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Як каталізатор використовується пористе залізо з домішками Al 2 O 3 і K 2 O.

Сам каталізатор не витрачається в ході хімічної реакції, але на поверхні каталізатора накопичуються інші речовини, що зв'язують активні центри каталізатора і блокують його роботу ( каталітичні отрути). Їх необхідно регулярно видаляти шляхом регенерації каталізатора.

У біохімічних реакціях дуже ефективними виявляються каталізатори. ферменти. Ферментативні каталізатори діють високоефективно та вибірково, з вибірковістю 100%. На жаль, ферменти дуже чутливі до підвищення температури, кислотності середовища та інших факторів, тому є низка обмежень для реалізації у промислових масштабах процесів із ферментативним каталізом.

Каталізатори не варто плутати з ініціаторамипроцесу та інгібіторами. Наприкладдля ініціювання радикальної реакції хлорування метану необхідне опромінення ультрафіолетом. Це не каталізатор. Деякі радикальні реакції ініціюються пероксидними радикалами. Це також не каталізатори.

Інгібітори- Це речовини, які уповільнюють хімічну реакцію. Інгібітори можуть витрачатися та брати участь у хімічній реакції. При цьому інгібітори не є каталізаторами. Зворотний каталіз у принципі неможливий – реакція в будь-якому випадку намагатиметься йти швидшим шляхом.

5. Площа зіткнення реагуючих речовин. Для гетерогенних реакцій одним із способів збільшити кількість ефективних зіткнень є збільшення площі реакційної поверхні . Чим більша площа поверхні контакту реагуючих фаз, тим більша швидкість гетерогенної хімічної реакції. Порошковий цинк набагато швидше розчиняється в кислоті, ніж гранульований цинк такої самої маси.

У промисловості для збільшення площі контактуючої поверхні реагуючих речовин використовують метод киплячого шару. Наприклад, при виробництві сірчаної кислоти методом киплячого прошарку виробляють випал колчедану.

6. Природа реагуючих речовин . На швидкість хімічних реакцій за інших рівних умов впливають хімічні властивості, тобто. природа реагуючих речовин. Менш активні речовини мають більш високий активаційний бар'єр, і вступають у реакції повільніше, ніж активніші речовини. Більш активні речовини мають нижчу енергію активації і значно легше і частіше вступають у хімічні реакції.

При невеликих значеннях активації енергії (менше 40 кДж/моль) реакція проходить дуже швидко і легко. Значна частина зіткнень між частинками закінчується хімічним перетворенням. Наприклад, реакції іонного обміну відбуваються за звичайних умов дуже швидко.

При високих значеннях енергії активації (понад 120 кДж/моль) лише незначна кількість зіткнень закінчується хімічним перетворенням. Швидкість таких реакцій дуже мала. Наприклад, азот з киснем практично не взаємодіє за нормальних умов.

При середніх значеннях енергії активації (від 40 до 120 кДж/моль) швидкість реакції буде середньою. Такі реакції також йдуть за звичайних умов, але не дуже швидко, так що їх можна спостерігати неозброєним оком. До таких реакцій відносяться взаємодія натрію з водою, взаємодія заліза із соляною кислотою та ін.

Речовини, стабільні за нормальних умов, зазвичай, мають високі значення енергії активації.

Швидкість хімічних реакцій. Хімічна рівновага

План:

1. Поняття про швидкість хімічної реакції.

2. Чинники, що впливають швидкість хімічної реакції.

3. Хімічна рівновага. Чинники, що впливають на зміщення рівноваги. Принцип Ле-Шательє.

Хімічні реакції протікають із різними швидкостями. Дуже швидко протікають реакції у водних розчинах. Наприклад, якщо злити розчини хлориду барію та сульфату натрію, то відразу негайно випадає білий осад сульфату барію. Швидко, але не миттєво етилен знебарвлює бромну воду. Повільно утворюється іржа на залізних предметах, з'являється наліт на мідних та бронзових виробах, гниє листя.

Вивченням швидкості хімічної реакції, а також виявлення її залежності від умов проведення процесу займається наука - Хімічна кінетика.

Якщо реакції протікають в однорідному середовищі, наприклад, у розчині або газовій фазі, то взаємодія речовин, що реагують, відбувається у всьому обсязі. Такі реакції називаються гомогенними.

Якщо реакція йде між речовинами, що знаходяться в різних агрегатних станах (наприклад, між твердою речовиною і газом або рідиною) або між речовинами, не здатними утворювати гомогенне середовище (наприклад, між двома рідинами, що не змішуються), то вона проходить тільки на поверхні зіткнення речовин. Такі реакції називаються гетерогенними.

гомогенної реакції визначається зміною кількості речовини в одиницю в одиниці об'єму:

υ =Δ n / Δt ∙V

де n - зміна числа молей однієї з речовин (найчастіше вихідного, але може бути і продукту реакції), (моль);

V – обсяг газу чи розчину (л)

Оскільки Δ n / V = ​​ΔC (зміна концентрації), то

υ =Δ С / Δt (моль/л∙с)

υ гетерогенної реакції визначається зміною кількості речовини в одиницю часу на одиниці поверхні зіткнення речовин.

υ =Δ n / Δt ∙ S

де n - зміна кількості речовини (реагенту або продукту), (моль);

Δt – інтервал часу (с, хв);

S – площа поверхні зіткнення речовин (см 2, м 2)

Чому швидкість різних реакцій не однакова?

Щоб почалася хімічна реакція, молекули реагуючих речовин мають зіткнутися. Але не кожне їхнє зіткнення призводить до хімічної реакції. Для того, щоб зіткнення призвело до хімічної реакції, молекули повинні мати досить високу енергію. Частинки, здатні при зіткненні, вступати у хімічну реакцію, називаються активними.Вони мають надмірну енергію в порівнянні з середньою енергією більшості частинок – енергією активації е акт.Активних частинок у речовині набагато менше, ніж із середньою енергією, тому для початку багатьох реакцій системі необхідно повідомити деяку енергію (спалах світла, нагрівання, механічний удар).

Енергетичний бар'єр (величина Е акт) різних реакцій різний, що він нижче, тим легше і швидше протікає реакція.

2. Фактори, що впливають на?(Кількість зіткнень частинок та їх ефективність).

1) Природа реагуючих речовин:їх склад, будова => енергія активації

▪ чим менше Е акттим більше υ;

Якщо Е 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.

Якщо Е акт> 120 кДж/моль, це означає, що лише нікчемна частина зіткнень між взаємодіючими частинками призводить до реакції. Швидкість таких реакцій дуже мала. Наприклад, іржавіння заліза, або

перебіг реакції синтезу аміаку при звичайній температурі помітити практично неможливо.

Якщо Е актмають проміжні значення (40 – 120 кДж/моль), швидкість таких реакцій будуть середніми. До таких реакцій можна віднести взаємодію натрію з водою або етанолом, знебарвлення етиленом бромної води та ін.

2) Температура: при t на кожні 10 0 С, в 2-4 рази (правило Вант-Гоффа).

υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10

При t кількість активних частинок (з Е акт) та їх активних зіткнень.

Завдання 1.Швидкість деякої реакції при 0 0 С дорівнює 1 моль/л ∙ год, температурний коефіцієнт реакції дорівнює 3. Якою буде швидкість цієї реакції при 30 0 С?

υ 2 = υ 1 ∙ γ Δt/10

υ 2 =1∙3 30-0/10 = 3 3 =27 моль/л∙год

3) Концентрація:чим більше, тим частіше відбуваються зіткнення і . При постійній температурі реакції mA + nB = C за законом діючих мас:

υ = k ∙ З A m ∙ C B n

де k - Константа швидкості;

С – концентрація (моль/л)

Закон чинних мас:

Швидкість хімічної реакції пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, взятих у ступенях, рівних їх коефіцієнтам рівняння реакції.

З.Д.М. не враховує концентрації реагуючих речовин, що у твердому стані, т.к. вони реагують лежить на поверхні та його концентрації зазвичай залишаються постійними.

Завдання 2.Реакція йде за рівнянням А +2В → С. У скільки разів і як зміниться швидкість реакції при збільшенні концентрації речовини В у 3 рази?

Рішення: υ = k ∙ З A m ∙ C B n

υ = k ∙ З A ∙ C B 2

υ 1 = k ∙ а ∙ у 2

υ 2 = k ∙ а ∙ 3 до 2

υ 1 / υ 2 = а ∙ у 2 / а ∙ 9 у 2 = 1/9

Відповідь: збільшиться у 9 разів

Для газоподібних речовин швидкість реакції залежить від тиску

Чим більший тиск, тим вища швидкість.

4) Каталізатори– речовини, що змінюють механізм реакції, зменшують Е акт => υ .

▪ Каталізатори залишаються незмінними після закінчення реакції

▪ Ферменти – біологічні каталізатори за природою білки.

▪ Інгібітори – речовини, які ↓ υ

5) Для гетерогенних реакцій залежить також:

▪ стану поверхні дотику реагуючих речовин.

Порівняйте: в 2 пробірки налили однакові об'єми розчину сірчаної кислоти і одночасно опустили в одну – залізний цвях, в іншу – залізну тирсу. Подрібнення твердої речовини призводить до збільшення числа його молекул, які можуть одночасно вступити в реакцію. Отже, у другій пробірці швидкість реакції буде більшою, ніж у першій.