Навигация
Скорость химической реакции
44153
знака
0
таблиц
3
изображения
9. Скорость химической реакции
9.1 Основное понятие
Основным понятием в химической кинетике является, понятие о скорости реакции:
Скорость химической реакции определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.
Если при неизменных объеме и температуре концентрация одного из реагирующих веществ уменьшилась от с1 до с2 за промежуток времени от t1 до t2, то в соответствии с определением скорость реакции за данный промежуток времени равна:
v = -(c2 - c1)/(t2 - t1) = -∆c/∆t ,
Знак “-” в правой части уравнения появляется т. к. по мере протекания реакции (t2-t1 > 0) концентрация реагентов убывает, следовательно, c2-c1 < О, а так как скорость реакции всегда положительна, то перед дробью следует поставить знак “-”.
Обычно для реакций, протекающих в газах или растворах, концентрации реагентов выражают в моль/л, а скорость реакции — в моль/(л* с).
Скорость каждой химической реакции зависит как от природы реагирующих веществ, так и от условий, в которых реакция протекает. Важнейшими из этих условий являются: концентрация, температура и присутствие катализатора. Природа реагирующих веществ оказывает решающее влияние на скорость химической реакции. Так, например, водород с фтором реагирует очень энергично уже при комнатной температуре, тогда как с бромом значительно медленнее даже при нагревании.
9.2 Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации (закон действующих масс)
Влияние концентрации реагирующих веществ может быть объяснено из представлений, согласно которым химическое взаимодействие является результатом столкновения частиц. Увеличение числа частиц в заданном объеме приводит к более частым их столкновениям, т. е. к увеличению скорости реакции.
Количественно зависимость между скоростью реакции и молярными концентрациями реагирующих веществ описывается основным законом химической кинетики — законом действующих масс.
Скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
Для мономолекулярной реакции скорость реакции определяется концентрацией молекул вещества А:
v = k*[A]
где k — коэффициент пропорциональности, который называется константой скорости реакции; [А] — молярная концентрация вещества А.
В случае бимолекулярной реакции, ее скорость определяется концентрацией молекул не только вещества А, но и вещества В:
v = k*[A]*[B]
В случае тримолекулярной реакции, скорость реакции выражается уравнением:
v = k*[A]2*[B]
В общем случае, если в реакцию вступают одновременно т молекул вещества А и n молекул вещества В, т. е.
тА + пВ = С,
уравнение скорости реакции имеет вид:
v = k*[A]m*[B]n
Это уравнение есть математическое выражение закона действующих масс в общем виде.
Чтобы понять физический смысл константы скорости реакции, надо принять в написанных выше уравнениях, что [А] = 1 моль/л и [В] = 1 моль/л (либо приравнять единице их произведение), и тогда v = k. Отсюда ясно, что константа скорости k численно равна скорости реакции, когда концентрации реагирующих веществ (или их произведение в уравнениях скорости) равны единице.
Общее выражение для скорости химической реакции получено для данной, фиксированной температуры. В общем же случае, поскольку скорость реакции зависит от температуры, закон действующих масс записывается как
v(T) = k(T) *[A]m*[B]n
где v и k являются функциями температуры.
9.3 Константа скорости химической реакции, ее зависимость от температуры
Многочисленные опыты показывают, что при повышении температуры скорость большинства химических реакций существенно увеличивается, причем для реакций в гомогенных системах при нагревании на каждые десять градусов скорость реакции возрастает в 2—4 раза (правило Вант-Гоффа).
Это правило связано с понятием температурного коэффициента скорости реакции γ и определяется соотношением
γ = kТ+10 / kТ
Значение температурного коэффициента γ дает возможность рассчитать изменение скорости реакции при увеличении температуры на некоторое число градусов от Т1 до Т2 по формуле
v(Т1)/v(Т2) = γ(Т2-Т1)/10
Очевидно, что при повышении температуры в арифметической прогрессии скорость реакции возрастает в геометрической.
10. Энергия активации
С. Аррениус впервые показал, что влияние температуры сводится к увеличению числа активных молекул, т. е. таких молекул, которые в момент столкновения обладают энергией, не меньше определенной для данной реакции величины, называемой энергией активации химической реакции.
Энергия активации — это некоторое избыточное количество энергии (по сравнению со средней), необходимое для вступления молекул в реакцию.
Согласно Аррениусу, константа скорости химической реакции зависит от температуры экспоненциально:
k = A*e-E/(RT)
Здесь Е — энергия активации (Дж/моль), R — универсальная газовая постоянная, T — температура в К,
А — константа.
Похожие работы
... датчика и осциллографа. Экспериментальные кривые зависимости времени τ горения частиц от давления p, соответствуют теоретической зависимости. Представляют интерес экспериментальные исследования процесса горения отдельной угольной частицы, движущейся в потоке газа. Такого рода опыты проводили Н. И. Сыромятников и 3.И.Леонтьева. После воспламенения частицы наблюдалось замедление скорости ее ...
... реагирующего вещества. 4. Провести практическую часть исследования согласно выбранным методикам. 5. Проанализировать полученный результат и сформировать выводы. Объект исследования: скорость химической реакции. Предмет исследования: влияние катализаторов, температуры, концентрации вещества, площади соприкосновения, природы реагирующего вещества и давления. Методы исследования ...
... подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы. 3.2 «Триумфальное шествие органического синтеза» Возникновение структурной теории позволило химикам впервые обрести ...
... . Термодинамические функции ΔG, ΔS, ΔH для электрохимических реакций рассчитывают по уравнениям: ΔG = - nEF, (2.20) , (2.21) , (2.22) , (2.23) , (2.24) где n – число электронов, участвующих в реакции; F – число Фарадея, Кл; E – ЭДС, В. 2.2 Задачи с решениями электролит проводимость потенциал кинетика 1. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, ...
0 комментариев