Скорость химических процессов

Кинетика химических превращений.

Вопросы

1.Кинетические уравнения простых, сложных, гомогенных и гетерогенных реакций.

2.Константа и коэффициент скорости, порядок реакции.

3.Способы изменения скорости реакций (влияние концентрации, температуры, давления, поверхности раздела фаз).

Химическая термодинамика позволяет решить вопрос о направлении протекания химических реакций и определить предельно достижимые (равновесные) состояния реакционной системы. Однако она не может ответить на вопросы, имеющие чрезвычайно важное практическое значение в химической технологии: как быстро произойдет химическое превращение и какое время необходимо для достижения заданной степени превращения.

С помощью химической кинетики можно определить скорость превращения веществ.

Кинетические уравнения простых, сложных, гомогенных и гетерогенных реакций.

Скорость реакции во многом зависит от условий ее протекания, главным образом, от температуры и концентрации (парциальных давлений) компонентов. В каталитических процессах на скорость реакций влияет также природа и концентрация катализатора.

В химической технолоии используют два показателя скорости химического процесса – скорость превращения вещества и скорость реакции.

Скоростью превращения вещества wi – количество вещества превращающегося в единицу времени в единице реакционного пространства.

Скорость химической реакции:

Кинетическое уравнение или кинетическая модель реакции – зависимость скорости реакции от условий ее протекания.

Простая необратимая реакция

В кинетическом уравнении () k – константа скорости реакции, зависимость которой от температуры и энергии активации описывается уравнением Аррениуса:

Где k₀ – предэкспоненциальный множитель, связанный с вероятным числом соударений; Е – энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Предэкспоненциальный множитель k₀ учитывает число соударений, вероятность распада активированного комплекса на исходные реагенты, пространственную ориентацию молекул реагентов, а также ряд других факторов, влияющих на скорость реакции и не завиящих от температуры.

Из уравнения следует, что чем больше Е, тем интенсивнее увеличивается k c ростом температуры. Например, две реакции характеризуются энергиями активации Е₁ и Е₂, причем Е₁ > Е₂. Из соотношения () видно, что при увеличении температуры скорости реакций будут возрастать, но для реакции с энергией активации Е₁ это возрастание будет большим (рис. 3.). Нарисовать рисунок из бескова 77.

Простая обратимая реакция: А ↔ R фактически представляет собой сложную, состоящую из двух превращений: А превращается в R (прямая реакция) и R превращается в А (обратная реакция). Скорость реакции r будет равна разности скоростей прямой r₁ и обратной r₂ реакций: r = r₁ - r₂.

для примера рассмотрим случай, когда обе реакции имеют первый порядок. Тогда

r =

Перед квадратной скобкой стоит выражение скорости прямой реакции.

Проведем анализ данного уравнения. В условиях равновесия концентрации будут равны равновесным, а скорость реакции равна 0. Это возможно если выражение в скобках равно 0. Из термодинамического условия равновесия вытекает связь между константой химического равновесия, концентрациями начальных и конечных компонентов реакции и константами скорости: