Тема: Хімічна кінетика і каталіз.

Мета: Вивчити розділ кінетики, ознайомитися з особливостями каталізу, хімічної рівноваги.

План заняття:

1.Швидкість хімічної реакції.

2.Роботи М.М.Семенова.

3.Каталіз. Особливості каталітичних реакцій.

4.Хімічна рівновага.

5.Поняття про хімічну спорідненість речовини.

6.Термодинамічні процеси.

Хімічна кінетика – це вчення про швидкість протікання хімічних реакцій і про залежність цієї швидкості від різних чинників. Різні реакції дуже сильно відрізняються відносно їх швидкості. Деякі з них (розкладання вибухових речовин) відбуваються в десятитисячні долі секунди. Інші продовжуються хвилинами, годинами, днями, а треті (різні процеси, що відбуваються в земній корі) – сотнями, тисячами, мільйонами років. Але не лише різні хімічно реакції сильно відрізняються по своїй швидкості. У більшості випадків одна і також реакція може протікати з різною швидкістю залежно від умов, в яких вона відбувається.

Для практичного використання реакції поважно знати, з якою швидкістю вона здійснюється. Так, наприклад, при вживанні реакції в якому-небудь виробничому процесі від швидкості її залежить продуктивність апарату, а, отже, кількість продукції, що виробляється. Теоретичне знання питань кінетики дозволяє інтенсифікувати виробничі процеси, підібрати чинники, сприяючі здобуттю оптимальної швидкості реакції, а зрештою – підвищенню виходу продукту.

Швидкість хімічних реакцій вимірюють зміною в одиницю часу концентрації речовин, що беруть участь в реакції. Байдуже, концентрацію якої з речовин використовують для визначення швидкості реакції. В ході реакції концентрації вихідних речовин зменшуються, а продуктів реакції відповідно зростати.

Проте розглядаючи той або інший процес необхідно використовувати дані про зміну концентрації якої-небудь однієї речовини.

Швидкість хімічної реакції за незмінних зовнішніх умов не залишається постійною. У міру витрачання речовин швидкість процесу зменшується.

Чисельні її значення будуть різними залежно від того, для якого проміжку часу ми розраховуємо зміну концентрацій. Тому використовують таке поняття, як середня швидкість реакції. Якщо у момент часу t₁ концентрація речовини була С₁, а у момент часу t₂ – С₂, то середня швидкість реакції за момент t₂ – t₁ дорівнює:

Проте часто доцільно відносити концентрацію до нескінченно малого проміжку часу і визначати дійсну швидкість реакції в даний момент, як першу похідну від концентрації за часом:

Знак ± використовують в даних виразах у зв'язку з тим, що швидкість реакції завжди позитивна, а зміна швидкості може бути як позитивною, так і негативною. Тому в разі убування концентрації першу частину беруть із знаком мінус, щоб швидкість мала позитивне значення.

На швидкість реакції впливають наступні чинники:

1.концентрації реагуючих речовин;

2.їх природа;

3.температура;

4.присутність каталізатора;

5.для газових реакцій – тиск газу;

6.для реакцій в розчинах – температура і природа розчинника і так далі.

Залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин встановлює Закон дії мас, сформульований Гульбертом і Вааге в 1867 році:

Швидкість хімічної реакції при постійній температурі прямо пропорційна добудку молярних концентрацій реагуючих речовин, узятих в мірі, рівній стехіометричному коефіцієнту даної речовини в рівнянні реакції.

Для реакції загального вигляду:

n₁А + n₂В ®n₃С + n₄D

закон можна записати так:

v = k*C_Aⁿ¹*C_Bⁿ²

де k – константа швидкості реакції.

У випадку, якщо реагуючі речовини – гази, замість концентрацій використовують пропорційні ним величини парціального тиску:

Константа швидкості реакції k – це така величина, коли концентрації реагуючих речовин рівні 1 моль/л. Вона залежить лише від температури і природи реагуючих речовин. Наприклад, для реакції

2NО + Н₂ = N₂О + Н₂О

закон дії мас виражається співвідношенням:

v = k* С_NО²*С_Н²

З підвищенням температури швидкість реакції значно зростає. Згідно з правилом Вант Гоффа, при підвищенні температури на кожних 10^о (при постійному тиску) швидкість реакції збільшується в 2-4 рази.

Відношення g = називається температурним коефіцієнтом швидкості реакції.

k_t+10 – константа швидкості реакції при температурі t + 10, а k_t - константа швидкості реакції при температурі t.

Величина g для більшості реакцій вагається в інтервалі 2-4. Згідно з правилом Вант-Гоффа, для кожної реакції g - величина постійна. Проте насправді при підвищенні температури він різко зменшується. Тому правило Вант-Гоффа дає задовільні результати лише у вузькому діапазоні температур.

Щоб розрахувати g, використовують наступну формулу:

=

Для обчислення зручніше використовувати вираження в логарифмічному вигляді:

lg =

Знаючи g при двох температурах, можна розрахувати її при температурі, необхідній нам.

Залежність константи швидкості реакції від температури виражається Рівнянням Ареніуса:

Е_акт = *lg

де R – універсальна газова постійна, Еакт – універсальна газова постійна,

- відношення констант швидкостей реакцій при температурах t₁ і t₂.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: