тема переходит из начального в конечное состояние скорости этих стадий факторы влияющие на их скорость

Работа добавлена на сайт samzan.net:

2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(ж); rG о298 = -228,61 кДж

Термодинамический критерий (rG оТ 0) самопроизвольного протекания процесса – необходимое условие, но недостаточное.

Кинетическим критерием реакционной способности системы является скорость реакции.

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА -

- изучает механизм протекания процесса, т.е. промежуточные стадии, через которые система переходит из начального в конечное состояние, скорости этих стадий, факторы, влияющие на их скорость.

Скорость реакции -

;

V – объём реакционной зоны;

S - поверхность раздела фаз; - время

ni – количество i – го исходного вещества.

Если V=const во время реакции:

- для исходных веществ - отрицательна 

-для продуктов – положительная 

Cкорость реакции зависит от:

1)природы реагирующих веществ,

2)концентрации или давления реагирующих веществ,

3)температуры

4)катализатора

Влияние концентрации на скорость реакции

По теории вероятностей: вероятность одновременного осуществления независимых событий равна произведению вероятностей каждого из них.

Для протекания реакции: A+B→ K +L

необходимо:

одновременное нахождение А и В в определённой точке реакционного пространства;
удачное их столкновение.

Вероятность (ω) нахождения молекулы для каждого из веществ прямо пропорциональна его концентрации:

ωA = αCаA, ωB = βC вB.

Вероятность одновременного нахождения обеих молекул в одной точке пространства, т.е. их столкновения:

ω = ωA  ωB = αCа A  βCв B.

γ – доля удачных столкновений

-основное кинетическое уравнение, закон действия масс, закон Гульдберга Вааге (1864г).

k - константа скорости: а) не зависит от концентрации

б) зависит от температуры и природы реагирующих веществ.

k – удельная скорость  , если СА = СВ

а,в – частные порядки реакции по веществам А и В

(определяются экспериментально)

n = (а + в) – общий порядок реакции

В простых (элементарных актах) реакциях: n = 1, 2 редко 3.

В сложных реакциях:n = 0, целочисленные, дробные, (-),(+)

Молекулярность:

Целое (+) число: 1,2, реже 3

1 – мономолекулярные: I2  2I

2 – бимолекулярные: H2 + I2  2HI

3 – тримолекулярные: 2NO + Cl2  2NOCl

а) H2 + I2  2HI – простая (элементарная) реакция

n(Н2) = 1, n(I2) =1 ,т.е. равны стехиометрическим коэффициентам.

n = 1+1 =2 

б) 2N2O5  O2 + 2N2 O4 - сложная реакция

протекает по стадиям:

N2O5  NO2 + NO3;
NO3  NO + NO2;
NO + NO3  2NO2.

и самая медленная стадия – (2)  она определяет порядок

кинетического уравнения:

Опыт: 5Na2SO3 + 2HJO3 J2 + 5Na2SO4 + H2O

; ;

; (x+y)lg1,4 = lg2; x+y =  2

Лаб.раб.: Na2S2O3 +H2SO4 = S + H2SO3 + Na2SO4

Реакции 1-ого порядка

А В CH3OCH3 CH4 + H2 + CO

Кинетическое уравнение реакции первого порядка

Разделим переменные и проинтегрируем

lnC – lnC0 = -k  lnC = lnC0 - k

С0 – исходная концентрация

С - концентрация в момент времени 

Кинетическая кривая реакций 1-ого порядка

lgC

lgCo tg = -



, с

или .  k =с-1

период полупревращения τ1/2:

C = 0,5C0 

- не зависит от Со

Реакции 2-ого порядка

A + B → продукты или 2А  продукты

пусть C0A = C0B

разделим переменные и проинтегрируем:

лмоль-1с-1

Кинетическая кривая реакций 2-ого порядка

1/C

 tg = k

1/C0



Период полупревращения для реакций 2-ого порядка

C = ½ C0

 ½ - обратно пропорционально начальной С0

Реакции 0-ого – порядка: С = С0 - k ; 1/2 = С0 /2k

Реакции 3-его порядка: ;

Методы определения порядка реакции

Химические реакции - через элементарные стадии, поэтому n – экспериментально.

Эксперимент: измеряют Среагир.веществ = f ()

Полученные данные:

1) подставляют в константу скорости реакций 1, 2 и т.д. порядков.

Критерий - постоянство k.

2) строят графики:

а) если реакция 1-ого порядка  график зависимости в координатах (lg C, ) - прямая линия,

б) если реакция 2-ого порядка  график в координатах (1/C , )  прямая линия.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИЙ

Правило Вант-Гоффа

γ = (2-5) - температурный коэффициент

(для приблизительных расчётов).

экзотерм. эндотерм. 

rН0

rН0

К реакции приводит столкновение лишь тех молекул, энергия которых больше определённой величины Ea.

энергия активации Ea (кДж/моль):

По распределению Максвелла-Больцмана:

число активных молекул Na:

если Т=300К, Еа=100483 Дж/моль

на 1018 молекул - только 4 молекулы активные

Еа определяется природой реагирующих молекул

Еа не является f(T) – с Т  доля активных молекул

Источник активации: тепл.или электр. энергия, hv, радиоактивность, рентген.

Уравнение С. Аррениуса (1889г.)

k0 – предэкспоненциальный множитель, не зависит от Т физич. смысл: k0 = k, если Еа = 0

Кроме Еа для осуществления реакции необходима благоприятная ориентация молекул в момент столкновения - стерический фактор.

Вероятность надлежащей ориентации при столкновении характеризуется энтропией активации Sакт = RlnW 

W = eSa/R  k0 = ZW  ko = Z eSa/R

Z- общее число соударений в единице объема за единицу времени.

k = ko eEa/RT = Z eSa/R eEa/RT

 = kCa ACbB = Z eSa/R eEa/RT Ca ACbB

Определение Еа:

строят график зависимости в координатах (lg k, 1/T).

или

lgk

lgk0 tg =



1/T

Уравнение Аррениуса в дифференциальной форме:

т.к. Ea /(RT2) > 0  с температуры  k

k реакции с большей Еа возрастает с температурой сильнее.

Зная k при T1 и T2  рассчитывают Еа.

Интегрируем от T1 до T2 

Связь энергии активации с rH

Пусть протекает равновесная реакция:

АВ + ДС АД + ВС

для прямой реакции:

для обратной реакции:

Вычитая из первого уравнения второе, получим:

- выражение закона действия масс

К – константа равновесия

- изобара Вант-Гоффа

 связь термодинамических и кинетических параметров

А – В А….В А В

Д – В Д….С Д С

Исходные активированный продукты

Молекулы комплекс реакции

Для образования акт.комлекса необходима энергия Еа:

Если ΔrHпрямой реакции > 0  

 kэндотерм. с температурой быстрее kэкзотерм реакции.

Зависимость скорости от катализатора.

Катализ:

Положительный катализ – процесс, ускоряющий реакцию

Отрицательный катализ –процесс, замедляющий реакцию

Kt – ингибиторы (Сl- - ингибитор коррозии)

Антидетонатор Pb(C2H5)4 – замедляет взрывную реакцию топлива

Автокатализ – kt - один из продуктов реакции

FeO + H2 = Fe + H2O Fe - kt

Гомогенный катализ – kt и все реагенты в одной фазе

H2O2 HI-kt H2O + 1/2O2 (H+, OH- -самые активные kt)

Гетерогенный катализ – реакция на поверхности kt, который образует самостоятельную фазу

H2O2 Pt-kt H2O + 1/2O2

Особенности kt:

kt – участвует в образовании промежуточных нестойких соединений, а в конце выделяется в химически неизменном виде.
(ЕIа +EIIа) промежуточных стадий  Еа неkt реакции

k =Ze-Ea/RTeSa/R  скорость , если а) Еа

б) Sа- промежуточное соединение- более «рыхлое»- менее упорядоченное- значит более активное.

небольшие количества kt - резко ускоряют процесс
избирательность kt: Al2O3 С2Н4 + Н2О

С2Н5ОН H3PO4 С2Н5ОС2Н5+ Н2О

MgO СН3СНО + Н2

5. kt – не изменяют rН и rG: rG0неkt = rG0kt

rG0 = -RTlnKp  не влияет на равновесие, только ускоряет его достижение, т.к. в одинаковое число раз изменяет как  прямой р-ции так и обр.р-ции (К =kпрям /kобр)

Гомогенный катализ:

1.скорость прямо пропорц-но зависит от конц.kt;

дешевые, доступные;
остаются в реакционной среде – надо выделять – плохо

Гетерогенный катализ

Действие kt зависит от

1. способа получения kt:

акт Cu(NO3)2 to Cu + 2NO2 + O2

Cu-kt

неакт. Cu(NO3)2 электролиз Cu + O2 +HNO3

2.присутствия других веществ: активаторы - активность kt

K2O, Al2O3 – для Fe – kt: N2 + 3H2 = 2NH3

каталит.яды - активность kt

H2S, C2H2, O2 – для Pt-kt: 2SO2 + O2 = 2SO3

Уменьшение поверхности kt –надо чиститьудорожание

1. Ураження сильнодіючими отруйними речовинами
2. тема ГПС а именно робототехнологический комплекс по обработке изделий
3. Повышение самооценки подростка
4. Вальтер скотт в интерпретации русских архаистов
5. на тему Формирование основных экономических категорий в трудах Адама Смита
6. Понятие административноправовой нормы особенности ее содержания и структуры5 Глава 2
7. по теме Заболевания желудка и пищевода
8. Глухарь - птица леса
9. Предмет структура специфика философии
10. Колокольцево Рекламная стоимость ~ 7 200 000р
11. Работа с экранным меню Турбо Си 2
12. тема выбрана в связи с ее актуальностью
13. Контрольная работа- Факторный анализ. Кредиторская и депонентская задолженность
14. галузь психології що вивчає психологічні аспекти здоров`я та хвороби- психологію індивідуальних
15. Тема 8. Анализ финансовой отчетности организации по МСФО 1
16. наука и историческая и юридическая
17. Заключение международного договор
18. Конституційні засади виконавчої влади в Україні
19. Лабораторная работа 4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАНУЛЕЯИЯ Цель работы Оценить эффективность систе
20. Эволюция текстовых редакторов и процессоров

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе