Хімічна кінетика і рівновага в гомогенних системах

Хімічної кінетикою називається вчення про швидкість хімічних реакцій і її залежності від різних факторів (концентрації реагентів, t, Р, каталізатора і т.д.).

Хімічні реакції протікають з різною швидкістю. Одні реакції закінчуються протягом часток секунди (розкладання вибухових речовин), інші - продовжуються хвилинами, годинами, добами, третє - тривають десятки, сотні, тисячі років (процеси, що протікають в земній корі).

Швидкість конкретної реакції теж може змінюватися в широких межах в залежності від умов її протікання (суміш водню і кисню при звичайній температурі може зберігатися без змін необмежений час; при введенні в неї відповідного каталізатора вона реагує дуже бурхливо; при 630 ° С вона реагує і без каталізатора).

фазою називається частина системи, що відрізняється за своїм фізичним та хімічним властивостями від інших частин системи і відділена від них поверхнею розділу, при переході через яку властивості системи різко змінюються.

Системи, що складаються з однієї фази, називаються гомогенними, з декількох фаз -- гетерогенними. Відповідно реакції, в яких взаємодіють речовини знаходяться в одній фазі, називаються гомогенними, а реакції, в яких речовини з'єднуються в різних фазах - гетерогенними.

Швидкість гомогенної хімічної реакції прийнято виражати зміною концентрації реагуючих речовин або утворюють продуктів реакції в одиницю часу. Концентрації вихідних речовин в ході реакції зменшуються, а концентрації продуктів реакції зростають у часі. Швидкість гомогенної хімічної реакції у міру витрачання вихідних речовин зменшується.

Середня швидкість реакції vср в інтервалі часу від t1 до t2 визначається співвідношенням:

; .

Рис. 5.1. Зміна концентрації вихідних речовин в часі.

Миттєва швидкість - це швидкість реакції в даний момент часу t. Вона визначається похідною від концентрації по часу:

Рис. 5.2. Зміна концентрації реагуючих речовин в часі.

Швидкість реакції завжди вважається позитивною. Якщо при розрахунках беремо зміна концентрації вихідних речовин, то в зазначеному вираженні ставиться знак «-»; якщо це стосується продуктів реакції, то слід приймати знак «+».

Фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції:

природа реагуючих речовин;

концентрація реагентів;

температура;

каталізатори;

дисперсність (для твердих речовин);

кислотність середовища (для реакції в розчинах);

форма реактора (для ланцюгових реакцій);

інтенсивність освітлення видимими або УФ-променями (для фотохімічних реакцій);

інтенсивність опромінення -променями (для радіаційно - хімічних реакцій) і т.д.

Природа реагуючих речовин

2NO + O2 = 2NO2 - йде при стандартних умовах.

2CO + O2 = 2CO2 - не реагує при стандартних умовах, хоча чисто зовні рівняння даних реакцій схожі, але природа речовин різна.

Концентрація реагентів

Необхідною передумовою взаємодії речовин є зіткнення молекул. Число зіткнень, а значить і швидкість хімічної реакції, залежить від концентрації реагуючих речовин: чим більше молекул, тим більше і зіткнень.

Закон діючих мас

Для реакції АА + ВВ ® СС швидкість прямої реакції

,

де [А], [В] - молярні концентрації реагуючих речовин А і В, k - константа швидкості хімічної реакції (даної).

Фізичний зміст константи швидкості: вона дорівнює швидкості реакції, коли [А] = 1 моль/л і [В] = 1 моль/л.

Гомогенна реакція: 2NO (г) + O2 (г) = 2NO2 (г)

v = k