Химическая кинетика
Химическая кинетика.
Законы протекания химических реакций во времени – предмент кинетического исследования химических реакций.
Под скоростью химической реакции продразумевают изменение концентрации вещества в единицу времени и в единице объема. Часто говорят о скорости химической реакции по какому –либо компоненту. Зависимость изменения конценрации вещества от времени часто отображают графически в виде кинетических кривых. Размерность скорости реакции [моль/(литр*мин)]. В общем виде скорость реакции
u = ± DС/Dt
Это выражение средней скорости реакции. Если взять производную концентрации по времени dC/dt то получится мгновенная скорость, которая вычисляется графически как тангенс угла наклона кинетической кривой в данной точке.
dC/dt = tga
Константа скорости реакции.
Порядок реакции.
При постоянных внешиних условиях (давление, температура) скорость реакции пропорциональна концентрации реагентов.
Рекомендуемые материалы
аА + вВ = сС + дД
u = k[А]а*[В]в где k - константа скорости данной реакции.
Константа скорости – скорость реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ. Это своего рода стандартная скорость реакции при стандартных концентрациях. Величина константы скорости пропорциональна скорости реакции.
Величина индексов «а» и «в» вверху квадратных скобок определяется стехиометрическим индексом при соотвествующем реагенте и может быть интерпретирована как число молекул, которые должны столкнуться в одной точке пространства для того, чтобы прошла данная реакция. Это так называемая молекулярность реакции. Мономолекулярные реакции называют элементарными реакциями. Порядком какой-либо реакции является сумма степенных индексов в уравнении скорости данной реакции. Знание порядка реакции позволяет предположить характер изменения скорости реакции во времени и в зависимости от изменения концентрации того или иного реагента. Однако это формальный расчет порядка реакции, который не всегда соотвествует реальному порядку реакции. Реальный (кинетический) порядок реакции определяется только экспериментально. Установление кинетического порядка реакции проводят измерением зависимости скорости реакции от каждого реагента, участвующего в реакции поочередно, получая величины парциальных порядков реакции по соответствующим веществам.
CH3Br+KOH = CH3OH + KBr
Если взять КОН в избытке, то его изменение во времени можно считать = 0,т.е. СКОН = const. Тогда изменение концентрации продукта реакции (например, KBr) будет описываться как функция от концентрации метилбромида:
u1 = (d[KBr])/dt = k1[CH3Br]
Концентрация метилбромида дана в первой степени, следовательно парциальный порядок данной реакции по веществу CH3Br равен 1 (или реакция имеет первый порядок по метилбромиду).
Кинетический порядок реакции всегда равен ее молекулярности.
Если порядок реакции, найденный экспериментально, не соотвествует стехиометрическому уравеннию реакции, то эта реакция не является элементарной (простой) реакцией, а протекает по сложному многостадийному механизму.
Сложные реакции.
Сложными реакциями называют реакции, протекающие более чем в одну элементарную стадию.
Как правило сложные многостадийные процессы характеризуются различными скоростями своих элементарных стадий, среди которых одна стадия – самая медленная.
А –(быстро)® В –(медленно)® С
Общая скорость процесса будет определяться скоростью самой медленной стадии – лимитирующей стадии сложной реакции. При этом общий порядок реакции будет определяться порядком (молекулярностью) лимитирующей стадии.
Различают последовательные, параллельные и сопряженные сложные химические реакции.
Последовательная – сложная реакция, состоящая из нескольких последовательных процессов, в результате которых образуются промежуточные продукты, которые затем расходуются с образованием конечного продукта.
А®(k1)®Р®(k2)®В
Р – промежуточный продукт (реальное вещество или метастабильная частица). Скорости процессов описываются системой уравнений:
Лекция "10. География текстильной промышленности России. Регионы ее концентрации." также может быть Вам полезна.
знак «–» для процессов с убыванием вещества.
Часто подобные системы уравнений выражают графически:
Параллельные реакции – реакции, в каждой из который принимает участие одно и то же исходное вещество, превращающееся в одно и то же или разные вщеетва. Если несколько химических реакций имеют при одинаковых условиях близкие термодинамические параметры (DG), то преобладание одной из них будет определяться соотношением скоростей этих реакций, а не соотношением термодинамической устойчивости концечных продуктов. Если реакции сильно различаются по скорости, то самую быструю называют главной реакцией, а если одинаковые/близкие, то главной реакцией будет целевая реакция.
Сопряженные реакции – две или более реакций, одна из которых индуцирует протекание в той же системе других реакций, неосуществимых в отсуствие первой реакции.
Все сопряженные реакции являются всегда сложными и протекают через общие активыне промежуточные продукты, реагирующими по разным направлениям.
