8

8

ХимичесКая кинетика и катализ

1. Классификация химических реакций (самостоятельно).

2 Скорость химической реакции.

3. Влияние температуры на скорость химической реакции.

4. Энергия активации.

5. Формула Максвелла – Больцмана (самостоятельно).

6. Катализаторы и каталитические процессы.

2. Скорость химических реакций.

Под скоростью химической реакции понимается изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Ч тобы вычислить u реакции нужно определить, насколько изменилась концентрация одного из реагирующих веществ в единицу времени (рис. 1 СЛ. 1(0)).

Рис. 1.

СЛ. 1(1) Dt=t₂-t₁, -DC=C₂-C_{1 Þ} u= -DC/Dt

Знак минус говорит о том, что с уменьшением С скорость тоже уменьшается. Если u рассчитывается по одному из продуктов реакции, то u=DC/Dt . Несмотря на знак минус в уравнении u считается положительной величиной.

Более применимое вычисление скорости хим. реакции вытекает из закона действия масс СЛ.2(0).

Согласно этому закону u~ концентрации реагирующих веществ в данный момент времени. СЛ. 2 (1)Для реакции А®В, u может быть выражена следующим кинетически уравнением: u=КС_А, где С_А - концентрация вещества А в данный момент времени, К - коэффициент пропорциональности - константа u химических реакций.

Сл. 2 (2) При взаимодействии 2х и более веществ mA + nB ®pC + gD, математическое выражение скорости будет: u=KC_A^mC_Bⁿ. т.е. u химических реакций прямо пропорциональна произведению реагирующих веществ, стехиометрические коэффициенты входят в уравнения в виде степени при соответствующей концентрации.

Константа u химической реакции не изменяется при изменении концентраций реагирующих веществ. Иногда К называют удельной скоростью реакции, т.е. при С_А = С_В = 1, К = u.

Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ, t⁰, присутствия примесей (в том числе катализаторов), от среды в которой протекает реакция.

Чем больше константа скорости, тем быстрее идет реакция.

Обобщая можно сделать следующий вывод:

Скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ: СЛ. 3:

Где:

С_А, С_В – молярные концентрации реагентов в любой момент времени моль/л,

a, b – стехиометрические коэффициенты,

а – порядок реакции по веществу А,

b – порядок реакции по веществу В,

а + b –общий кинетический порядок реакции. Общий порядок простой реакции совпадает с ее молекулярностью.

k – константа скорости химической реакции.

3. Влияние t0 на скорость химической реакции Сл 4(0).

Опыт показывает, что с повышением t⁰ скорость химических реакций возрастает. Сл 4(1) В уравнении химической кинетике u=КC_АС_В влияние t⁰ включает в себя К. С увеличением t⁰ возрастает К Þ и возрастает u.

Сл 4(2). Если через К_t - конст. при t⁰ = t₀, а K_t+10 при t⁰=t₀₊₁₀ его, то отношение величины первой называется температурным коэффициентом скорости реакции (g), g= K_t+10/ K_t.

Сл 4(3). Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа g колеблется от 2 до 4, т.е. повышая t⁰ на 10⁰ u возрастает в два- четыре раза.

Сл 4(4). Пример если g = 2, t⁰ + 100⁰, то скорость реакции увеличится в 1024 раза, т.е.

K_t+100/ K_t=g¹⁰=2¹⁰=1024.

Обобщение – СЛ.5.

увеличение температуры в арифметической прогрессии, влечет за собой увеличение скорости реакции, в геометрической.

Х отя из правила Вант-Гоффа коэффициент g должен быть постоянным для каждой химической реакции, это справедливо лишь на очень узком интервале температур. При значительных перепадах температуры g значительно уменьшается при увеличении температуры (рис. 2 СЛ. 6).

Точная зависимость К скорости реакции от t⁰ была найдена Аррениусом. СЛ.7(0) Уравнение Аррениуса имеет вид: lnK=B - A/T, где К - константа u реакции; А и В - постоянные характерные для данной реакции; Т - температура.

к ак видно из уравнения lnК обратно пропорционален Т. Коэффициенты А и В находят графически (рис. 3 СЛ.7(1)).