🗊Презентация Кинетика. Химическое равновесие

Кинетика. Химическое равновесие

Кинетика – это раздел химии, изучающий скорость, механизмы, факторы, от которых они зависят. Кинетика – это раздел химии, изучающий скорость, механизмы, факторы, от которых они зависят. Некоторые реакции протекают быстро, за тысячные доли секунд. Это реакции нейтрализации, ионного обмена, взрыва. Медленные реакции: коррозия, большинство биологических процессов. Белки в организме обновляются за 0,5 года, а неорганические ткани за 4-7 лет.

Скорость реакции для гомогенных систем:

График зависимости изменения График зависимости изменения концентраций исходных веществ в единицу времени:

Скорость реакции зависит от: Скорость реакции зависит от: - концентрации реагентов - агрегатного состояния (газ, жидкость, тверд.) - природы растворителя - поверхности реагирующих веществ - давления - температуры - катализатора

Зависимость скорости реакции от концентрации впервые была сформулирована в 1867 году Гульдбергом и Вааге и названа законом действующих масс: Зависимость скорости реакции от концентрации впервые была сформулирована в 1867 году Гульдбергом и Вааге и названа законом действующих масс: Скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов.

Например для процесса: aA + bB ↔ cC + dD Скорость прямой реакции: V = k1∙[A]a ∙[B]b Скорость обратной реакции: V = k2∙[C]c ∙[D]d величины a, b, c, d – порядок реакции по веществу A, B, C, D, а сумма их называется общим порядком.

Большинство процессов происходит через несколько элементарных стадий, в которых принимают участие Большинство процессов происходит через несколько элементарных стадий, в которых принимают участие 1, 2, 3 молекулы. Число молекул, участвующих в определенных стадиях называют молекулярностью. Чаще одно-, двухмолекулярные, редко - трехмолекулярные .

Сложные реакции могут быть: Сложные реакции могут быть: - последовательные (идут через несколько разных промежуточных стадий, следующих одна за другой) A→B→C→D→… Например: биологическое окисление глюкозы, реакции фотосинтеза, перекисного окисления липидов – цепные радикальные реакции.

- параллельные (идут в нескольких направлениях)     К ним можно отнеси различные виды брожения (окисления) глюкозы – маслянокислое, молочнокислое, спиртовое, лимоннокислое:

- сопряженные (это такие две реакции, одна из которых вызывает в системе протекание другой реакции, не осуществимой в отсутствие первой, которая инициирует ее). - сопряженные (это такие две реакции, одна из которых вызывает в системе протекание другой реакции, не осуществимой в отсутствие первой, которая инициирует ее). Бывают случаи когда реакция термодинамики невыгодна (∆G > 0), однако она может осуществляться путем сопряжения со второй, выгодной реакцией, где ∆G << 0. Например, большинство реакций, происходящих в организме сопряжены с гидролизом АТФ.

- конкурирующие – это сложные реакции, в которых одно и тоже вещество (А) взаимодействует с несколькими реагентами в одновременно протекающих реакциях: - конкурирующие – это сложные реакции, в которых одно и тоже вещество (А) взаимодействует с несколькими реагентами в одновременно протекающих реакциях: A + B1 → X1 A + B2 → X2

Например: при бромировании фенола одновременно протекают две реакции – образование орто- и пара-изомеров:

В биохимических процессах нет реакций, имеющих порядок более второго. Количественной характеристикой протекания реакции во времени является период полупревращения (Ʈ½) – это промежуток времени, в течение которого начальное количество реагентов (no) или его концентрация (co) уменьшается вдвое.

Период полупревращения Для реакций I порядка: Ʈ½ = 0,693/ k1 Для реакций II порядка: Ʈ ½ = 1/(Co∙k2)

Экспериментальные методы определения скорости реакций: химические, физические и биохимические методы. Экспериментальные методы определения скорости реакций: химические, физические и биохимические методы. Химические: гравиметрия, титриметрия. Физические: спектральные методы, метод ЭПР (электронный парамагнитный резонанс), ЯМР (ядерно-магнитный резонанс).  

Где: k – постоянная скорости реакции; Где: k – постоянная скорости реакции; А - предэкспоненциальный множитель, который отражает долю эффективных соударений молекул в общем числе соударений, 0 ≤ А ≤ 1; е – основание натурального логарифма; T – температура (в Кельвинах); R = 8,31Дж/моль∙Кл; Eакт – энергия активации.

Энергия активации - избыточная энергия, необходимая для вступления реагирующих веществ в реакцию при их столкновении по сравнению со средней энергией, которой обладают молекулы. Энергия активации - избыточная энергия, необходимая для вступления реагирующих веществ в реакцию при их столкновении по сравнению со средней энергией, которой обладают молекулы. Энергия активации обычно находится в пределах: 40 - 200 кДж/моль

Катализаторы изменяют скорость химической реакции, сохраняя при этом свой состав, они понижают энергию активации. А + В → С, Катализаторы изменяют скорость химической реакции, сохраняя при этом свой состав, они понижают энергию активации. А + В → С, чтобы ускорить процесс + К: А + К → АК АК + В → С + К

Катализ подразделяют на положительный (каталитический) и отрицательный (ингибирующий). В организме ингибиторы процессов старения – антиоксиданты (зеленый чай, фрукты, овощи, ягоды). Катализ подразделяют на положительный (каталитический) и отрицательный (ингибирующий). В организме ингибиторы процессов старения – антиоксиданты (зеленый чай, фрукты, овощи, ягоды).  

Различают катализ гомогенный (реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе: окисление серы (IV) кислородом ускоряется в присутствии оксида азота (II), который, как и реагенты находится в газообразном состоянии или окисление угарного газа до углекислого под влиянием паров воды) и гетерогенный (реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах: синтез аммиака, протекающий в присутствии металлического железа или разложение пероксида водорода под влиянием платины). Различают катализ гомогенный (реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе: окисление серы (IV) кислородом ускоряется в присутствии оксида азота (II), который, как и реагенты находится в газообразном состоянии или окисление угарного газа до углекислого под влиянием паров воды) и гетерогенный (реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах: синтез аммиака, протекающий в присутствии металлического железа или разложение пероксида водорода под влиянием платины).

Микрогетерогенный катализ – в нем используют ВМС в коллоидном состоянии, т.е. ферменты и энзимы (инсулин, гидролаза, трансфераза, оксидоредуктаза, пепсин в желудке, трипсин в кишечнике и др.)

Характерные особенности ферментов: - Высокая эффективность (в тысячи раз эффективнее химических катализаторов). 2 H2O2 → 2 H2O + O2 В организме под действием фермента каталазы скорость данной реакции повышается в 3∙1011.

В настоящее время развивается медицинская энзимология – наука, занимающаяся изучением применения ферментов в качестве лекарственных веществ, а также применяемая в диагностике заболеваний. При производстве антибиотиков используется ферментативный катализ.

Химическое равновесие: V = V, ∆G = 0. Принцип Ле-Шателье самостоятельно. Уравнение изотермы: ∆G = -2,3∙R∙T∙lg Kpавн.

Из уравнения видно, что меньшим значениям ΔG отвечают большие величины Кр, т.е. в равновесной смеси преобладают продукты взаимодействия. Если же ΔG характеризуется большим положительным значением, то в равновесной смеси преобладают исходные вещества. Уравнение изобары:

Расчет энтальпии:

По уравнению изобары видно, что экзотермические реакции (∆Н < 0) идут в прямом направлении при понижении температуры; а эндотермические (∆Н > 0) - в прямом направлении при повышении температуры.