🗊Презентация Химическая кинетика

Содержание Общие понятия Скорость реакций в гомогенных и гетерогенных системах Энергия активации Влияние различных факторов на скорость химических реакций Влияние концентрации. Кинетические уравнения Влияние давления Влияние температуры Влияние катализаторов

Основные понятия химической кинетики Химическая кинетика изучает скорости и механизмы химических процессов, а также факторы, влияющие на них Скорость реакции равна числу элементарных актов взаимодействия, происходящих за единицу времени в единице реакционного пространства Элементарный акт - каждое непосредственное взаимодействие частиц, приводящее к изменению их химического строения Элементарная стадия химического превращения - сумма всех однотипных элементарных актов Механизм химической реакции ‑ совокупность элементарных стадий, из которых складывается данная реакция

Молекулярность реакции определяется числом молекул, одновременным взаимодействием между которыми осуществляется элементарный химический акт Мономолекулярная реакция: N2O5 = NO + NO2 + O2 Бимолекулярная реакция: 2Н = Н2, Тримолекулярная реакция: Cl2 + 2NO = 2NOCl Реакции с молекулярностью выше трех неизвестны

Скорость реакции в гомогенных системах – средняя скорость реакции в интервале времени , – изменение количества вещества, моль V – объем системы, л С – концентрация вещества, моль/л

Cкорость реакции по различным реагентам Средняя скорость реакции 2NO(г) + O2 (г) = 2NO2 (г) по оксиду азота (II) по кислороду

Определение средней скорости реакции 0

Мгновенная скорость реакции (скорость в данный момент времени) равна первой производной от концентрации реагента по времени

Скорость реакции в гетерогенных системах В гетерогенной системе взаимодействие компонентов происходит на поверхности раздела фаз S - площадь поверхности раздела фаз, м2 Размерность скорости реакции в гетерогенных системах 

Энергия активации Химическое взаимодействие осуществляется при столкновении частиц, которые обладают избытком энергии, достаточным для преодоления сил взаимного отталкивания их электронных оболочек При эффективном соударении частицы переходят в неустойчивое промежуточное состояние -нестабильный активированный комплекс, с более высоким уровнем энергии, чем средний уровень энергии частиц системы Энергия активации (Еа) - минимальная избыточная энергия частиц по сравнению со средним уровнем, необходимая для протекания реакции

Энергетическая диаграмма взаимодействия А2+В2=2АВ Схема образования активированного комплекса: А А А А А А + + В В В В В В Изменение энергии системы в ходе химической реакции:

Влияние концентрации на скорость химической реакции Закон действующих масс: скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам Элементарные реакции - реакции, протекающие в одну стадию Кинетическое уравнение - математическая зависимость скорости реакции от концентрации Кинетические уравнения элементарных реакций: бимолекулярной A + B = C тримолекулярной 2A + B = D k – константа скорости СА, СВ – концентрации веществ, моль/л

Особенности гетерогенных реакций Стадии гетерогенных реакций : подвод вещества к реакционной поверхности химическое взаимодействие отвод продукта реакции от поверхности Для реакции C + O2 = CO2 лимитирующая стадия - подвод вещества Скорость реакции CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 определяется скоростью химического взаимодействия I стадия: CaCO3 + H+ = Ca2+ + HCO3‑ II стадия: HCO3‑ + H+ = H2O + CO2 I стадия лимитирующая

Влияние давления на скорость химической реакции Влияние давления существенно для реакций с участием газообразных веществ, так как концентрация реагентов меняется пропорционально давлению (T = const) Пример. Реакции 2NO(г) + 2H2(г) = N2(г) + 2Н2О(г) соответствует кинетическое уравнение При увеличении давления в 3 раза константа скорости не изменяется, а концентрации реагирующих веществ увеличиваются в 3 раза скорость увеличивается в 27 раз

Правило Вант-Гоффа При повышении температуры на каждые 100 скорость большинства реакций увеличивается в 24 раза: и ‑ скорость реакции при температурах Т1 и Т2 (Т2 > Т1)  ‑ температурный коэффициент скорости, равный 24 Например, при повышении температуры с 20 до 400С скорость реакции (γ = 2) увеличивается в 4 раза:

Влияние температуры на скорость химической реакции Распределение частиц по энергиям при температурах Т1 и Т2 (распределение Максвелла-Больцмана): Нагревание Увеличение количества активных частиц Увеличение количества эффективных соударений Увеличение скорости реакции

Зависимость константы скорости от температуры Уравнение Аррениуса Еа ‑ энергия активации, кДж/моль R ‑ универсальная газовая постоянная, равная 8,31∙10-3 Т ‑ абсолютная температура, К А - коэффициент пропорциональности, отражающий вероятность столкновения активных частиц; величина постоянная для данной реакции

Влияние катализаторов на скорость химической реакции Катализаторы - вещества, увеличивающие скорость реакции и остающиеся в конце реакции химически неизменными Катализаторы применяют для изменения скорости термодинамически возможных процессов (G<0) Ингибиторы - вещества, снижающие скорость реакции Промоторы – вещества, добавки которых к катализатору усиливают эффективность его действия Автокатализ – увеличение скорости реакции под действием одного из продуктов Выделяют гомогенный и гетерогенный катализ 2SO2(г) + О2(г)= 2SO3(г) катализатор NO(г) - катализатор V2O5(к) или Pt(к) - гомогенный катализ гетерогенный катализ

Влияние катализатора

Заключение Химическая кинетика изучает скорости и механизмы химических процессов, а также факторы, влияющие на них Скорость реакции ‑ изменение количества любого из реагирующих веществ или продуктов реакции за единицу времени в единице реакционного пространства Энергия активации ‑ минимальная избыточная энергия частиц по сравнению со средним уровнем, необходимая для протекания реакции Скорость реакции зависит от C, p, T и катализатора: зависимость скорости от концентраций реагирующих веществ выражается экспериментально получаемым кинетическим уравнением; изменение давления в системе приводит к пропорциональному изменению концентраций газообразных реагентов и соответствующему изменению скорости в соответствии с правилом Вант-Гоффа при повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций увеличивается в 24 раза катализаторы ‑ вещества, увеличивающие скорость реакции за счет снижения энергии активации

Рекомендуемая литература Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. - СПб: Химиздат, 2001 Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1994 Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 2000 Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 2007 Неорганическая химия. В 3 т. Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии. Под ред. Ю. Д. Третьякова. - М.: Академия, 2004 Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. - М.: Высш. шк., 2003 Гаршин А.П. Неорганическая химия в схемах, рисунках, таблицах, формулах, химических реакциях. - СПб.: Лань, 2000