Кинетика химических реакций

САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ И ВОЗГОРАНИЕ

Скорость химической реакции зависит от условий, в которых она протекает, от природы реагирующих веществ и их агрегатного состояния.

К условиям, влияющим на скорость химической реакции, относятся концентрация реагирующих веществ, температура и катализаторы.

Влияние концентрации. Чтобы молекулы двух веществ А и В могли вступить в реакцию, они должны столкнуться. Чем выше концентрация реагирующих веществ, тем больше молекул находится в единице объема, тем больше вероятность соударения молекул. Повышение концентрации реагирующих веществ приводит к повышению скорости химической реакции.

В наиболее простом случае, когда молекулы двух реагирующих веществ взаимодействуют друг с другом в соотношении 1:1, согласно этому закону

V = k[А] [В] (14)

где [А] и [В] — концентрации веществ А и В; k — коэффициент
пропорциональности, константа скорости реакции.

В общем виде скорость реакции тА + пВ = уАВ выразится формулой

V = k [А]^т[В]^п (15)

Сумма показателей степеней (т + п) называется порядком реакции.

Влияние температуры. Скорость большинства химических реакций с повышением температуры увеличивается.

Согласно правилу Вант-Гоффа (1884 г.), при повышении температуры на каждые 10 °С скорость реакции увеличивается приблизительно в 2—4 раза.

Если бы необходимым условием протекания реакций было лишь соударение частиц, то нельзя было бы объяснить различие в скоростях процессов при одинаковых концентрациях реагентов; было бы непонятным действие катализатора и его специфичность.

Шведский ученый Аррениус (1889 г.) предложил уравнение, по-
казывающее зависимость константы скорости реакции от температуры

k = А е^-Е/RT

где А— фактор частоты; е — основание натуральных логарифмов; Е — энергия активации; R — универсальная газоваяпостоянная; Т — температура, К.

Причина увеличения скорости химической реакции с повышением температуры заключается в том, что при этом увеличивается число эффективных соударений. Известно, что те молекулы при столкновении вступают во взаимодействие, которые обладают избыточной энергией по сравнению со средней энергией молекулы. Такие молекулы называют активными, а энергию, необходимую для перевода молекул в это состояние, называют энергией активации.

Влияние катализаторов. Катализаторы — вещества, которые могут активизировать реакцию или изменять ее скорость, по не изменяют саму реакцию, ее направление, иначе говоря катализаторы изменяют (понижают положительный катализ или повышают отрицательный) энергию активации процесса. Видимого участия в реакции катализаторы не принимают и остаются неизменными и качественно, и количественно. Катализаторы, замедляющие процесс (т. е. повышающие его энергию активации), называются ингибиторами.

Различают два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе катализатор и то вещество, которое участвует в реакции, образуют гомогенную смесь.

При гетерогенном катализе агрегатное состояние катализатора отличается от состояния реагирующих веществ.

Отрицательные катализаторы — ингибиторы, замедляющие течение реакции, также имеют важное значение. Их применяют для предотвращения коррозии металлов, самовозгорания некоторых веществ, детонации
топлива в двигателях внутреннего сгорания и др.