Скорость реакции в каждый момент времени при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в некоторые степени

 

 

Кинетические уравнения:

Кинетическое уравнение, выражает зависимость скорости хим. реакции от концентраций компонентов реакционной смеси. Для простой (одностадийной) гомогенной реакции скорость v пропорциональна произведению концентраций реагирующих в-в и Кинетическое уравнение записывается в виде:

где [A_i] (i= 1,2,..., l) - концентрация i-го вещества, n_i- порядок реакции по i-му веществу, k-константа скорости реакции.

 

Константа скорости, физический смысл:

Коэффициент kне зависит от концентраций реагирующих веществ. Эти концентрации (как и скорость) могут изменяться в ходе реакции, но значение k сохраняется постоянным для данной реакции в выбранных условиях. Поэтому коэффициент k называют константой скорости реакции.

Константа скорости k дает химикам возможность количественно обсуждать вопросы, связанные с изучением скоростей реакций.

 

Порядок реакции (частный и общий):

О кинетическом уравнении v = k[A]^a[B]^b[C]^c говорят, что оно имеет порядок по каждому из входящих в него веществ. Порядок реакции по данному веществу - это показатель степени при концентрации данного вещества в кинетическом уравнении. Например, уравнение v = k[NO]²[O₂] имеет второй порядок по NO и первый порядок по О₂. Сумма порядков по всем веществам (a + b + c) называется общим или суммарным порядком реакции. Например, кинетическое уравнение v = k[H⁺][OH^-] имеет общий второй порядок. Уравнение v = k[NO]²[O₂] имеет общий третий порядок. Уравнения типа v = k[NH₄⁺] или v = k[K₂Cr₂O₇] - первого порядка.

Для элементарных реакций порядок реакции - целочисленная величина. Для всех других (не элементарных, сложных) реакций их порядки можно определить только экспериментально. Причем они могут иметь как целочисленные, так и дробные и даже нулевое значение. В реальных кинетических исследованиях редко встречается порядок реакции выше третьего.

 

Кинетический аспект химического равновесия:

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V₁) равна скорости обратной реакции (V₂).

 

 

Зависимость скорости реакции от температуры. Представление о теории абсолютных скоростей реакций. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Предэкспоненциальный множитель, физический смысл. Правило Вант-Гоффа. Температурный коэффициент.

Зависимость скорости реакции от температуры, Правило Вант-Гоффа, Уравнение Аррениуса:

Большинство практически важных реакций ускоряются при нагревании. С конца XIX века известно правило Вант-Гоффа: скорость многих реакций при нагревании на 10 ^оС увеличивается в 2-4 раза.

При решении ряда задач можно пользоваться формулой Вант-Гоффа:

Где γ – коэффициент Вант-Гоффа (= 2-4), Т – температура в градусах по шкале Цельсия или Кельвина (поскольку используется разность, шкала не имеет значения).

Более точно и более универсально зависимость константы скорости реакции от температуры выражена уравнением Аррениуса:

Множитель A связан с частотой столкновений частиц и их ориентацией при столкновениях; Ea – энергия активации данной химической реакции.

Для определения энергии активации данной реакции достаточно измерить ее скорость при двух температурах.

Представление о теории абсолютных скоростей реакций:

Теория абсолютных скоростей реакций - простейший и исторически первый вариант статистической теории химических реакций. Позволяет приближенно рассчитывать скорость элементарных термических химических реакций, исходя из электронного строения и свойств молекул реагентов. В основе теории лежит фундаментальное для химии понятие многомерной поверхности потенциальной энергии (ППЭ) реакции. Для микроскопии системы частиц (атомов, молекул), между которыми может происходить реакция (в дальнейшем такую систему будем называть химической), ППЭ - функция потенциальной энергии атомных ядер U от их внутренних координат, или степеней свободы.

 

Энергия активации:

Энергия активации в химии и биологии — минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция.

В химической модели, известной как Теория активных соударений (ТАС), есть три условия, необходимых для того, чтобы произошлареакция:

· Молекулы должны столкнуться. Это важное условие, однако его не достаточно, так как при столкновении не обязательно произойдёт реакция.

· Молекулы должны обладать необходимой энергией (энергией активации). В процессе химической реакции взаимодействующие молекулы должны пройти через промежуточное состояние, которое может обладать большей энергией. То есть молекулы должны преодолеть энергетический барьер; если этого не произойдёт, реакция не начнётся.

· Молекулы должны быть правильно ориентированы относительно друг друга.

При низкой (для определённой реакции) температуре большинство молекул обладают энергией меньшей, чем энергия активации, и неспособны преодолеть энергетический барьер. Однако в веществе всегда найдутся отдельные молекулы, энергия которых значительно выше средней. Даже при низких температурах большинство реакций продолжают идти. Увеличение температуры позволяет увеличить долю молекул, обладающих достаточной энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер. Таким образом, повышаетсяскорость реакции.

Предэкспоненциальный множитель, физический смысл:

В уравнении Аррениуса множитель A связан с частотой столкновений частиц и их ориентацией при столкновениях.

 

Температурный коэффициент:

Математически правило Вант-Гоффа выражается формулой:

где:

ᵧ– температурный коэффициент; ᶹ – скорость химической реакции при температурах, соответственно.