1.2 Основи хімічної кінетики

1.2.1 Швидкість хімічних реакцій

Хімічна кінетика вивчає швидкість і механізм проходження хімічних реакцій, а також залежність швидкості від різноманітних факторів. Про швидкість хімічних реакцій судять за зміною концентрації реагуючих речовин за одиницю часу, реакції змінюються з часом, це пояснюється тим, що змінюється концентрація речовин при протіканні реакції. Середню швидкість реакції знаходять за формулою

де – зміна концентрації речовини,

–проміжок часу.

Істинна швидкість реакції

Знак «+» означає, що концентрація речовини зростає з часом, а «-», що вона зменшується залежність швидкості речовини від концентрації реагуючих речовин виражається законом діючих мас, який формується так:

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрації реагуючих речовин взятих у степені, який дорівнює стехіометричному коефіцієнту даної речовини в рівнянні реакції. Для реакції

Закон діючих мас записують у вигляді

де – концентрації речовин реакції в даний момент часу,

–константа швидкості реакції.

_{За механізмом протікання розрізняють реакції одномолекулярні, двомолекулярні, трьохмолекулярні. Швидкість одномолекулярної реакції пропорційна концентрації речовини}

де – константа швидкості одномолекулярної реакції.

За механізмом одномолекулярної реакції відбувається розкладання моле-кул, радіоактивний розпад.

_{Швидкість двомолекулярної реакції в загальному випадку прямо пропор}-ційна добутку концентрації двох речовин і

де – константа швидкості двомолекулярної реакції. Якщо

Швидкість тримолекулярної реакції в загальному випадку пропорційна трьом концентраціям реагуючих речовин

_Якщо

де – константа швидкості тримолекулярної реакції.

Реакції в яких приймає участь більше трьох молекул, проходять за ступінчастим механізмом. Загальна швидкість таких стадійних реакцій визначається швидкістю проходження найбільш повільних реакцій із стадій. Крім молекулярності, механізм проходження характеризує порядок реакцій. Порядок реакцій формально визначається сумою степенів концентрацій речовин у виразі закону діючих мас.

Реакції бувають першого, другого, третього порядку. Порядок реакцій визначають дослідним способом. Для реакцій першого порядку констант швидкості знаходять з рівняння

_;

_{проінтегрувавши}

_{Рівняння можна переписати в такому порядку:}

_{де а – початкова концентрація речовини;}

_{х – зміна концентрації за час τ.}

_{Для реакцій другого порядку}

_{де а – початкова концентрація першої речовини за час τ.}

_{в – початкова концентрація другої речовини за час τ.}

_{Якщо С1 = С2 , то отримаємо}

Якщо

1.2.2 Вплив температури на швидкість хімічних реакцій

_{Наближено вплив температури на швидкість хімічних реакцій характеризується правилом Вант-Гофа, згідно з яким при підвищенні температури на 10 0С швидкість хімічної реакції зростає в 2-4 рази.}

_{Оскільки підвищення температури не впливає на величину концентрації, то зростає швидкості обумовлено зростанням констант швидкості.}

Позначимо через константу швидкості за температури t.

–константа температури t + 10 ^oС_.

–температурний коефіцієнт швидкості реакції_.

_{Після логарифмування отримаємо}

_{Знаючи константу швидкості за температури t, можна знайти константу швидкості за температури t2.}

_{Більш точно вплив температури на швидкість реакцій описує рівняння Арреніуса.}

_{Залежність константи швидкості реакції від температури виражається рівнянням Арреніуса:}

_{Постійні цього рівняння можуть бути знайдені, якщо відомі константи} швидкості і за двох температур:

_{Віднімімо перше рівняння від другого}

_{З цього рівняння знаходимо А}

_{Рівняння Арреніуса може бути записано:}

_{При зростанні температури збільшується число молекул, які під час зіткнення здатні прореагувати між собою.}