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: