Урок 7 общие закономерности химической кинетики

Практический урок 7

1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

1.1. Скорость реакции
Химическая кинетика – наука о скоростях и закономерно-стях протекания химических процессов во времени.
Химическая кинетика изучает механизм протекания процесса, т.е. те промежуточные стадии, состоящие из элементарных актов, через которые система переходит из начального состояния в конечное.
Химическая кинетика изучает скорости этих стадий и факторы, влияющие на их скорость.
Уравнение химической реакции показывает начальное состояние системы (исходные вещества) и её конечное состояние (продукты реакции), но не отражает механизма процесса. Однако путь перехода системы из начального в конечное состояние может быть достаточно сложным и «извилистым».
Так, например, реакция

протекает по следующему механизму:
первая стадия

вторая стадия

третья стадия

Изучить кинетику реакции – значит показать, как реально протекает исследуемая реакция, её механизм, получить зависимость, связывающую скорость реакции с факторами, влияющими на неё.
Различают два типа химических реакций: гомогенные и гетерогенные.
К гомогенным относят реакции, у которых и исходные вещества и продукты реакции находятся в одной фазе. Взаимодействие веществ в таких реакциях происходит по всему объёму.
К гетерогенным реакциям относят реакции, протекающие на границе раздела фаз.
Пусть протекает реакция
(1.1)
где a₁, a₂, a_i, b₁, b₂, b_j – стехиометрические коэффициенты.
Скорость реакции по i–му веществу в гомогенной системе определяется как количество i-го вещества, образующееся (или реагирующее) в единице реакционного объёма в единицу времени:
(1.2)
где V – объём реакционной зоны, N_i – количество i–го вещества.
Если реакция протекает изохорически, т.е. объём во время реакции не меняется, то, поскольку концентрация и объём связаны соотношением
,
скорость реакции можно определить как изменение концентрации вещества во времени

Ранее мы определили скорость химической реакции как изменение числа молей реагирующих веществ в единицу времени в единице объема, т. е.

где  — изменение числа молей одного из исходных веществ за время  _.
Таким образом определяется средняя скорость реакции для заданного интервала времени.
Если объем в процессе реакции постоянен, то

где  — изменение концентрации.
Тогда
или

(скорость всегда положительна, а  может быть больше или меньше нуля в зависимости от того, изменение концентрации исходного вещества или продукта реакции мы рассматриваем).

Если интервал времени  , то мы получим истинную скорость реакции r в данный момент времени, т. е.

или
(1.3)
Размерность скорости: моль/(л·с).
Не только знак, но и абсолютное значение скорости зависит от того, по какому из участников реакции она измерена.
Так, например, при протекании реакции

скорость, с которой уменьшается концентрация водорода во время процесса, в три раза больше скорости убывания концентрации азота и в полтора раза выше скорости возрастания концентрации аммиака.
Следовательно, для реакции

скорости по компонентам реакции будут связаны соотношением:

Экспериментально установлено, что скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации (или давления), температуры, т.е.

Раскрытие этой зависимости и составляет одну из задач кинетики.