1.1. Теоретическая часть
1.1.1 Скорость физико-химических процессов
Химическая кинетика–раздел химии, изучающий скорость и механизм протекания физико-химических процессов.
В химической кинетике различают гомогенные и гетерогенные процессы. Гомогенные процессыпротекают во всем объеме, реагирующие вещества находятся в одной фазе, молекулы всех реагирующих веществ находятся в одинаковых условиях.Гетерогенные процессыпротекают на границе раздела фаз.
Скорость физико-химического процесса– изменение количества реагирующих веществ в единицу времени в единице реакционного пространства.
Cкорость гомогенной реакцииможно определить, как изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.
Скорость гетерогенных реакцийизмеряется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося в единицу времени на единицу поверхности.Процесс осуществляется не в объеме твердого вещества, а на поверхности, концентрация его остается постоянной, поэтому скорость гетерогенных реакций определяется изменением концентрации газов или жидкостей.
Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, давления (для реакций с участием газов), присутствия в системе катализаторов, от поверхности взаимодействия реагирующих веществ (в случае гетерогенной реакции) и т.д.
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ выражается основным законом химической кинетики – законом действия масс (ЗДМ): скорость гомогенной химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
Для реакции
выражение закона запишется как
|
|
(1.1) |
,
где
–
скорость реакции;
–
константа скорости химической реакции;
САи СВ– концентрации
реагирующих веществ, моль/л; а,b–
стехиометрические коэффициенты в
уравнении реакции.
Физический смысл константы скорости (k): k показывает, с какой скоростью протекает реакция при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л.
Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора, но не зависит от концентрации реагирующих веществ и парциальных давлений (для газов).
Для реагирующих веществ в газообразном состоянии вместо концентраций в законе действия масс можно использовать их парциальные давления:
|
|
(1.2) |
.В случае гетерогенных процессов в закон действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или растворе. Концентрации веществ, находящихся в твердой фазе, постоянны и включены в константу скорости.
Пример: 
;
или
;
;
.
В общем случае скорость реакции в гетерогенных процессах пропорциональна поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Чем больше поверхность взаимодействия, тем больше вероятность столкновения взаимодействующих частиц, и, следовательно, больше скорость гетерогенной реакции.
Закон действия масс справедлив для простых реакций, протекающих в газах или растворах. Для сложных гомогенных реакций закон применим для каждой отдельной стадии, но не для всей реакции в целом. Скорость сложных реакций определяется самой медленной (лимитирующей) стадией.
В гетерогенных процессах, отличающихся сложностью и многостадийностью, закон действия масс применим лишь тогда, когда лимитирующей стадией является сама химическая реакция.