Вопрос 6. Предмет и основные понятия химической кинетики.

Химическая кинетика– раздел физической химии, посвященный изучению скоростей и механизмов химических реакций.

По механизму химические реакции делят на простые и сложные. К простым относятся реакции, которые протекают только в одну стадию. Например, разложение галогенов: I₂= 2I. Если же реакция протекает в несколько стадий, то она является сложной. Например, реакция разложения пероксида водорода записывается суммарным уравнением:

2Н₂О₂= 2Н₂О + О₂

Однако эта реакция протекает в две стадии и является сложной: 

1) Н₂О₂= Н₂О + О  2) О + О = О₂.

Сложные реакции в свою очередь делят на последовательные, параллельные и сопряженные. Последовательные - реакции с промежуточными стадиями типа А → В → С. Параллельные - исходные вещества реагируют сразу в нескольких направлениях: 

Например, 

Сопряженные - реакции, из которых одна протекает лишь совместно с другой. Например, Н₂О₂легко окисляет соединения железа, но практически не окисляет бензол. Однако если провести эти реакции в общей смеси, то Н₂О₂в этом случае окисляет и бензол:

Fe²⁺ + H₂O₂ = Fe³⁺ + OH^- OH^- + OH^- + C₆H₆ = C₆H₅OH + H₂O.

По числу фаз химические реакции делят на гомогенные - протекают в одной фазе и гетерогенные - протекают в разных фазах.

По природе частиц реакции делят на молекулярные (реагируют молекулы), ионные (реакции между ионами) и цепные. В последнем случае участвуют атомы и радикалы.

В основе классификации по числу частиц лежит молекулярностьреакции - это минимальное число молекул, принимающих участие в акте химического взаимодействия. Выделяют мономолекулярные, бимолекулярные и тримолекулярные.

Для того, чтобы молекулы прореагировали, они должны сблизиться на расстояние порядка атомных размеров, когда электроны атомов одной молекулы попадут в сферу действия электронов атомов другой молекулы. Такое сближение молекул называют столкновением. Но не при любом столкновении молекулы взаимодействуют. Столкновения, при которых молекулы реагируют, называют элементарными актами.

Скоростью химической реакции называют количество элементарных актов реакции, совершающихся в единицу времени.

Скорость химических реакций варьирует в широких пределах (от десятимиллионных долей секунды при взрыве тротила или нитроглицерина до миллионов лет в случае образования каменного угля из древесины).

Для определения скорости реакции достаточно знать изменение концентрации во времени только одного из участвующих в реакции веществ, причем безразлично какого вещества - исходного или конечного. Различают среднюю и истинную скорость реакции. Средней скоростью реакцииназывают отношение изменения концентрации вещества (уменьшения концентрации исходного вещества или увеличение концентрации продукта реакции) к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло:

Скорость реакции всегда считается величиной положительной, но отношение Δc/Δt может быть отрицательным, если υ изучается по изменению концентрации исходных веществ.

Чем ближе сдвигаются между собой t₁и t₂, тем меньше становится Δt и Δc. Тогда отношение Δc/Δt все больше приближается к значению истинной скорости. Предельная величина Δc/Δt, когда Δt стремится к нулю как к своему пределу (Δt → 0), называетсяистинной скоростьюхимической реакции:

υ = lim (± Δc/Δt) = ± dc/dt,

где dc/dt - производная от концентрации по времени. Истинную скорость еще называют мгновенной скоростьюреакции, т.е. скорость в данный момент времени.

Кинетическим уравнениемхимической реакции называют математическую формулу, связывающую скорость реакции с концентрациями веществ.

Порядок реакциипо данному веществу — показатель степени при концентрации этого вещества в кинетическом уравнении реакции.

Период полупревращения- это время, необходимое для того, чтобы исходная концентрация реагента уменьшилась вдвое.