Тема 1.3. Химическая кинетика
Данный раздел физической химии изучает скорость и механизм протекания химических реакций, зависимость влияния различных факторов на скорость протекания реакции.
Средняя скорость реакции υ рассчитывается по формуле:
υ = ± Dп/( V D t) = ± D c/ D t = ± ( c2 – c1)/( t2- t1)
где п – количество вещества (моль);
V – объём (м3);
t (тау) – время (с);
c – концентрация (моль/м3).
Мгновенная или истинная скорость – первая производная концентрация по времени.
υ = ± dc/ d t
Для реакции: аА + bB = cC + dD
Знак «+» - концентрацию веществ рассматривают по прибыли продуктов реакции (С+D).
Знак «-» - концентрацию рассматривают по убыли исходных веществ (А+B).
Скорость всегда положительна!
Основной закон кинетики – закон действия масс (впервые сформулирован в 1865г Бекетовым)
Для реакции: аА + bB = cC + dD
Скорость химической реакции при T= const прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ (парциальных давлений – для газов), взятых в степени, равной стехиометрическому коэффициенту соответствующего вещества в уравнении реакции.
υ = kС A a × С B b или υ = k[A]a × [B]b
Для газообразных веществ вместо концентраций используют парциальные давления
υ = kPAa × PBb
где k – константа скорости реакции.
Константа скорости реакции зависит от природы веществ и температуры, не зависит от концентрации или давления
Химические реакции классифицируют:
|
|
|
1. по молекулярности – т.е. по числу частиц, участвующих в элементарной химической реакции;
2. по порядку реакций.
Общий кинетический порядок ( n) реакции выражается суммой величин показателей степени при концентрации реагирующих веществ в кинетическом уравнении для скорости химической реакции.
Кинетическое уравнение – это математическая форма зависимости скорости от концентрации реагирующих веществ
0 £ n £ 3
1) Реакция нулевого порядка n = 0 υ = k0c °
Скорость постоянна во времени и не зависит от концентрации.
2) Реакция первого порядка n = 1
для реакции А ® продукты υ = kI[ A]1
3) Реакции второго порядка n = 2
А + В ® продукты 2А ® продукты
υ = kII [ A]1[ B]1 1+1 = 2 (второй порядок)
υ = kII [ A]2
4) Реакции третьего порядка n = 3
A + B + C ® продукты 2А + B ® продукты 3А ® продукты
υ = kIII×[ A]1[ B]1[ C]1 1+1+1 = 3 (третий порядок)
υ = kIII×[ A]2[ B] 2+1 = 3 (третий порядок)
υ = kIII×[ A]3
Кинетический порядок определяется механизмом реакции.
Разберём кинетическое уравнение реакции первого порядка
А ® продукты
В начальный момент t = t0 концентрация [А] = а (максимальна)
По истечении времени t = t1 концентрация А уменьшается [ A] = а – х.
х – уменьшение концентрации.
Кинетическое уравнение реакции 1-го порядка.
|
|
|
где [ kI] = время –1 (с-1; ч-1; сутки-1)
Период полураспада – это время, за которое прореагировало половина исходного вещества.
t1/2 = ln2/ kI.
Кинетическое уравнение реакции 2-го порядка
А + В ® продукты
где a, b – концентрации А, В в начальный момент времени
a – x, b – x - уменьшение концентраций А, В в ходе реакции.
В химическую реакцию вступают только активные молекулы (скорость их выше средней и обладающие большим запасом энергии).
Энергия, необходимая для перевода частиц 1 моль вещества из стабильного состояния в активное называется энергией активации Еакт (Дж).
Её определяют по формуле Аррениуса
или преобразуя
Влияние различных факторов на скорость реакции:
1. Природа реагирующих веществ;
2. Концентрация;
3. Катализатор;
4. Температура.
Влияние температуры выражается приближённым правилом Вант Гоффа:
При повышении температуры на 10°С при постоянном давлении скорость реакции возрастает 2 – 4 раза.
k2/ k1 = g(t2-t1)/10
где g - температурный коэффициент скорости.
k2,, k1 – константы скорости реакции при температурах t2 и t1.
Прологарифмировав это уравнение, получаем следующую формулу Вант Гоффа:
В условиях производства в реагирующей системе наряду с основной реакцией протекают побочные, приводящие к расходованию исходных веществ, но не дающие целевых продуктов. Для этого введём понятие селективность процесса Sпр
|
|
|
где mЦ– масса целевого продукта
åmЦ+П– сумма масс всех продуктов реакции.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 74; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!