Основные проблемы современной химии
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
?ой реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
(Это так называемая кинетическая форма закона действия масс).
Пусть идет реакция, описываемая уравнением:
аА + dD fF + gG
где A, D, F, G - некоторые вещества в газовой фазе; a, d, f, g - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Тогда математическое выражение закона действия масс (так называемое кинетическое уравнение) примет вид:
v = k CAa CВb,
где СА и СВ - молярные концентрации веществ А и В; k - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости данной реакции.
Следует заметить, что в таком виде закон действия масс имеет ряд ограничений. Он выполняется для наиболее простых по кинетике гомогенных реакций.
В гетерогенных реакциях, протекающих на поверхности раздела фаз, концентрация твердого вещества, реагирующего с газом или с раствором, остается постоянной, поэтому в кинетическое уравнение не входит.
Стехиометрические коэффициенты и показатели степеней концентраций в кинетическом уравнении совпадают в редких случаях. Дело в том, что уравнение реакции отражает результат взаимодействия веществ, а само взаимодействие часто происходит многостадийно. Кинетическое уравнение составляется для одной стадии процесса. Так, например, в реакции горения аммиака 4NH3 + 3O2 ? 2N2 + 6H2O невероятно столкновение одновременно 4 молекул аммиака и 3 молекул кислорода, то есть столкновение одновременно 7 молекул. Поэтому кинетическое уравнение v = k C4 (NH3) C3 (O2) не имеет смысла.
Со стехиометрическими коэффициентами совпадают показатели степени в кинетическом уравнении в тех случаях, когда реакция состоит из одного акта. Это, например, реакции
H2 (г) + I2 (г) 2 HI (г)
v = k C (H2) C(I2)
NO (г) + O2 (г) 2 NO2 (г)
v = k C2(NO) C(O2)
Показатели степеней при концентрациях реагентов в кинетическом уравнении называются порядком реакции по этим реагентам, а их сумма - общим или суммарным порядком реакции. Отметим еще раз, что порядок реакции не следует отождествлять со стехиометрическими коэффициентами. Порядок реакции - это экспериментальная величина, существенно зависящая от механизма процесса, а стехиометрический коэффициент передает соотношение числа моль реагирующих веществ в итоговом уравнении реакции.
Константа скорости реакции - это коэффициент пропорциональности в кинетическом уравнении, численно равный скорости данной реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л. Действительно, в реакции
аА + dD fF + gG
при СА = СD = 1 моль/л
v = k C (H2) C(I2).
Константа скорости зависит от тех же факторов, что и скорость химической реакции, кроме концентрации реагирующих веществ.
Гетерогенные реакции идут на поверхности раздела фаз, которая служит реакционной поверхностью. Поэтому на скорость таких реакций влияет площадь реакционной поверхности. Скорость гетерогенной реакции также зависит от скорости подвода реагента в зону реакции.
в) Влияние температуры.
При повышении температуры скорость большинства реакций существенно увеличивается. При повышении температуры частицы реагирующих веществ получают большую энергию, следовательно, возрастает доля частиц, имеющих энергию равную и большую энергии активации, следовательно, возникает не только больше столкновений, но и больше эффективных столкновений между частицами.
Количественно влияние температуры на скорость гомогенных реакций можно охарактеризовать с помощью правила Вант-Гоффа:
При повышении температуры на каждые 100С скорость реакции увеличивается в среднем в 2-4 раза.
Это правило можно выразить формулой:
v = v0 ?t/10, где v - скорость реакции в нагретой или охлажденной системе, v0 - начальная скорость, ? - температурный коэффициент Вант-Гоффа, показывающий во сколько раз увеличится скорость данной реакции при нагревании на 100С, 2 ? ? ? 4.
Использование правила Вант-Гоффа имеет ряд ограничений. Оно выполняется при температурах, близких к стандартным условиям, а сам температурный коэффициент может изменяться в зависимости от температуры.
Более точно зависимость скорости химической реакции от температуры также выражается уравнением Аррениуса:
k = A e-Ea / RT, где k - константа скорости данной реакции, А - некоторый коэффициент пропорциональности (предэкспоненциальный коэффициент), зависящий от природы реагирующих веществ, е - основание натуральных логарифмов, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура в К.
г) Наличие катализаторов.
Катализ - изменение скорости реакции под действием катализаторов. Катализаторы - вещества, изменяющие скорость реакции, участвующие в промежуточных стадиях реакции, но при этом не расходующиеся. Катализаторы восстанавливают свой химический состав после протекания реакции. Положительные катализаторы - увеличивают скорость реакции, отрицательные катализаторы (ингибиторы) - уменьшают скорость реакции.
Катализ может быть гомогенным и гетерогенным. Гомогенный катализ - вид катализа, при котором катализатор находится в одной фазе с реагирующими веществами, гетерогенный катализ - вид катализа, при котором катализатор образует самостоятельную фазу и реакция идет на поверхности катализатора. Так, например, окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) может протекает с участием катализатора. При окислении нитрозным методом в роли катализатора выступает NO2, и реакция осуществляется в газовой фазе, при окислении контактным методом в р