Физическая химия. Кинетика и катализ. Калинина Т.А - 4 стр.

UptoLike

7
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Кинетика реакций в растворах
Под кинетикой химических реакций понимают учение о ско-
ростях химических реакций, о влиянии на скорость реакции различ-
ных факторов (концентрация реагирующих веществ, температура,
давление, присутствие катализаторов). В зависимости от того, в ка-
ких системах протекают реакции, различают кинетику гомогенных и
гетерогенных реакций.
Гомогенными называются реакции, протекающие в однородной
среде (в смеси газов или в растворах), гетерогенными реакции,
протекающие в неоднородной среде, на поверхности соприкоснове-
ния взаимодействующих веществ, находящихся в различных фазах.
Основной кинетической характеристикой химических реакций
является ее скорость. Скорость химических реакций определяется
изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.
Различают среднюю и истинную скорость реакции. Средней
скоростью реакции за данный промежуток времени называется отно-
шение уменьшения концентрации исходного вещества или увеличе-
ние концентрации продукта реакции ко времени, в течение которого
это изменение произошло:
21
12
CC
ϑ
ττ
.
Истинная скорость реакции ϑ в данный момент может быть
выражена изменением концентрации, отнесенным к бесконечно ма-
лому промежутку времени, т.е. производной от концентрации по
времени:
1d
d
ϑ
ντ
,
где ν стехиометрический коэффициент в уравнении реакции для
соответствующего вещества.
Скорость реакции всегда положительна. Поэтому знак минус в
правой части приведенного выше уравнения ставится тогда, когда
скорость реакции определяется по изменению концентрации исходно-
го вещества.
8
Согласно закону действия масс, скорость элементарной реак-
ции пропорциональна произведению концентраций реагирующих
веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в
уравнении реакции. Например:
ν
1
A + ν
2
B = ν
3
C ,
12
AB
kCC
νν
ϑ = ,
где k коэффициент пропорциональности константа скорости
реакции; С
i
концентрация i-го вещества в момент времени τ.
Константа скорости реакции численно равна скорости реакции
при условии, что концентрации всех реагирующих веществ равны
единице. Константа скорости реакции зависит от природы реагирую-
щих веществ, температуры, присутствия катализатора, от среды, в ко-
торой происходит реакция, и не зависит от концентрации реагирую-
щих веществ.
Кинетическая классификация реакций
В химической кинетике реакции классифицируются по сле-
дующим признакам:
1) по числу частиц, участвующих в реакции (молекулярность и
порядок реакции);
2) по природе частиц, участвующих в элементарном акте реак-
ции (молекулярные, свободно-радикальные, ионные);
3) по числу и состоянию фаз, участвующих в реакции (гомо-
генные и гетерогенные);
4) по степени сложности (обратимые и необратимые, изолиро-
ванные и параллельные, сопряженные, последовательные);
5) по наличию или отсутствию катализаторов (каталитические
и некаталитические).
Молекулярность реакции определяется числом молекул, участ-
вующих в элементарном акте химического превращения. По этому
признаку реакции подразделяются на мономолекулярные, бимолеку-
лярные, тримолекулярные. Реакции более высокой молекулярности
маловероятны, т.к. одновременная встреча в элементарном акте даже
трех молекул случается редко.
Порядок реакции. Большинство химических реакции протекает
в несколько стадий, причем скорость всей реакции определяется ско-
                                                                           Согласно закону действия масс, скорость элементарной реак-
                ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ                               ции пропорциональна произведению концентраций реагирующих
                                                                     веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в
                 Кинетика реакций в растворах                        уравнении реакции. Например:
                                                                                         ν1 A + ν2 B = ν3 C ,
      Под кинетикой химических реакций понимают учение о ско-
                                                                                         ϑ = kCνA1 CνB2 ,
ростях химических реакций, о влиянии на скорость реакции различ-
ных факторов (концентрация реагирующих веществ, температура,         где k – коэффициент пропорциональности – константа скорости
давление, присутствие катализаторов). В зависимости от того, в ка-   реакции; Сi – концентрация i-го вещества в момент времени τ.
ких системах протекают реакции, различают кинетику гомогенных и            Константа скорости реакции численно равна скорости реакции
гетерогенных реакций.                                                при условии, что концентрации всех реагирующих веществ равны
      Гомогенными называются реакции, протекающие в однородной       единице. Константа скорости реакции зависит от природы реагирую-
среде (в смеси газов или в растворах), гетерогенными – реакции,      щих веществ, температуры, присутствия катализатора, от среды, в ко-
протекающие в неоднородной среде, на поверхности соприкоснове-       торой происходит реакция, и не зависит от концентрации реагирую-
ния взаимодействующих веществ, находящихся в различных фазах.        щих веществ.
      Основной кинетической характеристикой химических реакций
является ее скорость. Скорость химических реакций определяется                    Кинетическая классификация реакций
изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.             В химической кинетике реакции классифицируются по сле-
      Различают среднюю и истинную скорость реакции. Средней         дующим признакам:
скоростью реакции за данный промежуток времени называется отно-            1) по числу частиц, участвующих в реакции (молекулярность и
шение уменьшения концентрации исходного вещества или увеличе-        порядок реакции);
ние концентрации продукта реакции ко времени, в течение которого           2) по природе частиц, участвующих в элементарном акте реак-
это изменение произошло:                                             ции (молекулярные, свободно-радикальные, ионные);
                                   −                                       3) по числу и состоянию фаз, участвующих в реакции (гомо-
                          ϑ = ± C 2 C1 .
                                τ1 − τ 2                             генные и гетерогенные);
                                                                           4) по степени сложности (обратимые и необратимые, изолиро-
      Истинная скорость реакции ϑ в данный момент может быть
                                                                     ванные и параллельные, сопряженные, последовательные);
выражена изменением концентрации, отнесенным к бесконечно ма-
                                                                           5) по наличию или отсутствию катализаторов (каталитические
лому промежутку времени, т.е. производной от концентрации по
                                                                     и некаталитические).
времени:
                                                                           Молекулярность реакции определяется числом молекул, участ-
                                 1 dC
                           ϑ=±           ,                           вующих в элементарном акте химического превращения. По этому
                                 ν dτ                                признаку реакции подразделяются на мономолекулярные, бимолеку-
где ν – стехиометрический коэффициент в уравнении реакции для        лярные, тримолекулярные. Реакции более высокой молекулярности
соответствующего вещества.                                           маловероятны, т.к. одновременная встреча в элементарном акте даже
      Скорость реакции всегда положительна. Поэтому знак минус в     трех молекул случается редко.
правой части приведенного выше уравнения ставится тогда, когда             Порядок реакции. Большинство химических реакции протекает
скорость реакции определяется по изменению концентрации исходно-     в несколько стадий, причем скорость всей реакции определяется ско-
го вещества.
                                7                                                                    8