Кинетическая классификация реакций

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Контрольные вопросы:

1. Основные понятия и постулаты химической кинетики. Скорость гомогенной реакции. Кинетическая кривая, кинетическое уравнение, молекулярность, порядок, константа скорости. Необратимые реакции нулевого, первого, второго и третьего порядков. Время полупревращения. Методы определения порядка реакции.

2. Влияние температуры на скорость химической реакции. Уравнение Аррениуса, энергия активации.

3. Теория столкновений. Частота столкновений, стерический фактор. Механизм мономолекулярной реакции в газовой фазе. Теория переходного состояния (теория активированного комплекса).

4. Сложные реакции первого порядка: обратимые, параллельные, последовательные, сопряженные. Лимитирующая стадия. Фотохимические реакции. Цепные реакции.

5. Определение катализа. Общие принципы катализа. Классификация каталитических реакций. гомогенный катализ. Кислотно-основной катализ. Гетерогенный катализ. Особенности гетерогенных каталитических процессов. Роль адсорбции в каталитическом акте. Активные центры, образование кластеров на поверхности катализаторов. промотирование и отравление катализаторов. Каталитическая активность и селективность катализаторов. Ферментативный катализ.

Формальная кинетика

Химическая кинетика представляет собой учение о скоростях химических реакций, о факторах, определяющих эти скорости (природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, присутствия катализаторов и др.), а также о механизме химических реакций.

Кинетическая классификация реакций.

В зависимости от того, что взято за основу классификации, химические реакции можно разделить по следующим признакам:

1. По агрегатному состоянию среды:

- в газовой фазе;

- в растворах;

- в твердых средах.

2. По фазовому состоянию исходных и образующихся веществ:

- гомогенные реакции, протекающие в пределах одной фазы: в смеси газов, в жидком растворе или в твердой фазе;

- гетерогенные реакции, протекающие на границе раздела фаз: двух твердых, твердой и жидкой, твердой и газообразной, двух жидких, жидкой и газообразной.

- гомогенно-гетерогенные реакции, являющиеся сложными химическими реакциями, в которых одни стадии являются гомогенными, а другие - гетерогенными;

- гомофазные реакции, в которых исходные вещества, промежуточные вещества и продукты реакции находятся в одной фазе;

- гетерофазные реакции, в которых исходные вещества, промежуточные вещества и продукты реакции образуют более чем одну фазу.

3. По природе частиц, участвующих в элементарном акте:

- молекулярные, в которых участвуют молекулы;

- цепные, с участием атомов или свободных радикалов;

- ионные, с участием ионов;

- фотохимические;

- радиохимические;

- электрохимические.

4. По степени сложности:

- простые, протекающие в одну стадию;

- сложные, протекающие в несколько стадий и по разным направлениям.

5. По кинетической обратимости:

- необратимые или односторонние. Общая скорость этих реакций определяется только скоростью прямой реакции;

- обратимые или двусторонние. В них скорость прямой и обратной реакции соизмеримы.

Скоростью химической реакции называется изменение концентрации одного из реагирующих веществ за единицу времени.

Рис. 1 Изменение концентрации реа- гирующих веществ и продуктов во времени

Предположим, что имеется реакция, описываемая следующимуравнением:

aA + bB = dD + eE,

где А и В – исходные вещества;

D и E – продукты реакции;

a, b, d и e –стехиометрические коэффициенты.

О скорости этой реакции можно судить по скорости уменьшения концентрации исходного вещества А или В; а также по скорости увеличения (накопления) концентрации продуктов D или E.

Графически изменение концентрации веществ А и D во времени отображаются зависимостями, представленными на рис. 1 (кривые CA и CD соответственно).

Различают среднюю и истинную скорости:

Средней скоростьюw _ср химической реакции называют изменение концентрации ΔС реагирующего вещества, отнесенное к конечному интервалу времени Δt, в течение которого это изменение произошло.

Для рассматриваемой реакции выражение для средней скорости реакции за интервал времени Δτ по веществу А:

или по компоненту D:

Скорость реакции принято считать положительной величиной. Отношение же ΔC/Δτ может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от соотношения концентраций в начальном и конечном моментах времени. В выражение скорости по исходному веществу ставят знак минус, а по продукту реакции – плюс.

В общем случае перед выражением скорости химической реакции принято ставить знаки «±»:

Истинной скоростью реакции w в данный момент времени называется изменение концентрации какого-либо компонента, отнесенное к бесконечно малому промежутку времени: