Ведущий рассылки кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О.Отта репетитор по химиии и биологии Соколов Дмитрий Игоревич.
Со мной можно связаться по телефону в Санкт-Петербурге: (812) 585-85-12. Звонить после 20:00. Соколов Дмитрий Игоревич.
Здравствуйте! Сегодня мы продолжаем готовиться к экзамену по химии. Конспект на тему "Химическая связь" в рассылку, к сожалению, невозможно вставить из-за большого количества рисунков. Поэтому в скором времени я вывешу его на сайте. Сегодня я предлагаю Вам конспект на тему "Химическая кинетика. Скорость химических реакций."
Скорость химических реакций.
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ:
V = ± ((С2 – С1) / (t2 - t1)) = ± (DС / Dt)
где С1 и С2 - молярные концентрации веществ в моменты времени t1 и t2 соответственно (знак (+) – если скорость определяется по продукту реакции, знак (–) – по исходному веществу).
Реакции происходят при столкновении молекул реагирующих веществ. Ее скорость определяется количеством столкновений и вероятностью того, что они приведут к превращению. Число столкновений определяется концентрациями реагирующих веществ, а вероятность реакции - энергией сталкивающихся молекул.
Факторы, влияющие на скорость химических реакций: 1)Природа реагирующих веществ. Большую роль играет характер химических связей и строение молекул реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва связей в молекулах H2 и N2 требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H2O) требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.2)
Концентрация. С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят столкновения молекул реагирующих
веществ - скорость реакции возрастает.
Закон действующих масс: Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
aA + bB + . . . ® . . .
V = k ∙ [A]a ∙ [B]b ∙ . . .
Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не зависит от значения концентраций реагентов. Физический смысл константы скорости заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ. Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.
3) Температура. При повышении температуры на каждые 10C скорость реакции возрастает в 2-4 раза (Правило Вант-Гоффа). При увеличении температуры от t1 до t2 изменение скорости реакции можно рассчитать по формуле:
(t2 - t1) / 10
Vt2 / Vt1
= g
(где Vt2 и Vt1 - скорости реакции при температурах t2 и t1 соответственно; g- температурный коэффициент данной реакции). Правило Вант-Гоффа применимо только в узком интервале температур. Более точным является уравнение Аррениуса:
k = A ∙ e–Ea/RT
где A - постоянная, зависящая от природы реагирующих веществ; R - универсальная газовая постоянная [8,314 Дж/(моль ∙ К) = 0,082 л ∙ атм/(моль ∙ К)]; Ea - энергия активации, т.е. энергия, которой должны обладать сталкивающиеся молекулы, чтобы столкновение привело к химическому превращению.
4)Поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Для гетерогенных систем (когда вещества находятся в разных агрегатных состояниях), чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых веществ - путем их растворения.
5)Катализ. Вещества, которые участвуют в реакциях и увеличивают ее скорость, оставаясь к концу реакции неизменными, называются катализаторами. Механизм действия катализаторов связан с уменьшением энергии активации реакции за счет образования промежуточных соединений. При гомогенном катализе реагенты и катализатор составляют одну фазу (находятся в одном агрегатном состоянии), при гетерогенном катализе - разные фазы (находятся в различных агрегатных состояниях). Резко замедлить протекание нежелательных химических процессов в ряде случаев можно добавляя в реакционную среду ингибиторы (явление "отрицательного катализа").
Характеристики катализатора:
а)активность или производительность
б)селективность или избирательность
C2H5OH(Al2O3) ---> C2H4+H2O
C2H5OH(Ag, Cu) ---> CH3CHO+H2
Общие закономерности катализа:
1)применение катализатора не изменяет термодинамику кинетической реакции, т.е. величины ∆H и ∆G
-катализатор ускоряет только те химические реакции, для которых ∆G<0
-катализатор ускоряет достижение состояния равновесия в случае обратимых химических реакций, но не смещает равновесие и не изменяет величины константы
-применение катализатора не изменяет тепловой эффект химической реакции, т.е. ∆H
2)Катализатор уменьшает полную энергию активации реакции, т.к. каталитическая реакция идет по другому пути.
А+В ---> АВ
А+В ---> А … В→АВ – без катализатора
А+В+катал ---> А …катализатор… В ---> АВ – с катализатором