Влияниеконцентрацийвеществнаскоростьхимическойреакции

Чтобывеществапрореагировали, необходимо, чтобыихмолекулыстолкнулись. Вероятностьстолкновениядвухлюдейнаоживленнойулицегораздовыше, чемнапустынной. Такисмолекулами. Очевидно, чтовероятностьстолкновениямолекулнарисункеслевавыше, чемсправа. Онапрямопропорциональнаколичествумолекулреагентоввединицеобъема, т.е. молярнымконцентрациямреагентов. Этоможнопродемонстрироватьспомощью модели.

Числа n, m ввыражениизаконадействующихмассназываются порядкамиреакции посоответствующимвеществам. Этоэкспериментальноопределяемыевеличины. Суммапоказателейстепеней n, m называется общимпорядкомреакции.

Обратитевнимание, чтостепениприконцентрацияхАиВвобщемслучае неравныстехиометрическимкоэффициентам вреакции! Онистановятсячисленноравнымитольковтомслучае, еслиреакцияпротекаетименнотак, какзаписывается (такиереакцииназываются простыми или элементарными идостаточноредки). Вбольшинствеслучаевуравнениереакцииотражаетлишьсуммарныйрезультатхимическогопроцесса, анеегомеханизм.

Хотитеузнать, какэтополучается?

Коэффициентпропорциональности k называется константойскоростиреакции. Значениеконстантыскоростиреакциипостояннодляданнойреакцииприданнойтемпературе.

Влияниетемпературынаскоростьреакции

Константаскоростиреакцииестьфункцияоттемпературы; повышениетемпературы, какправило, увеличиваетконстантускорости. ПерваяпопыткаучестьвлияниетемпературыбыласделанаВант-Гоффом, сформулировавшимследующееэмпирическоеправило: Приповышениитемпературынакаждые 10 градусовконстантаскоростиэлементарнойхимическойреакцииувеличиваетсяв 2 — 4 раза. Величина, показывающая, восколькоразувеличиваетсяконстантаскоростиприповышениитемпературына 10 градусов, естьтемпературныйкоэффициентконстантыскоростиреакцииу. МатематическиправилоВант-Гоффаможнозаписатьследующимобразом: ОднакоправилоВант-Гоффаприменимолишьвузкомтемпературноминтервале, посколькутемпературныйкоэффициентскоростиреакцииусамявляетсяфункциейоттемпературы; приоченьвысокихиоченьнизкихтемпературахустановитсяравнымединице (т.е. скоростьхимическойреакцииперестаетзависетьоттемпературы)

Очевидно, чтовзаимодействиечастицосуществляетсяприихстолкновениях; однакочислостолкновениймолекулоченьвеликои, еслибыкаждоестолкновениеприводилокхимическомувзаимодействиючастиц, всереакциипротекалибыпрактическимгновенно. Аррениуспостулировал, чтостолкновениямолекулбудутэффективны (т.е. будутприводитькреакции) тольковтомслучае, еслисталкивающиесямолекулыобладаютнекоторымзапасомэнергии - энергиейактивации. Энергияактивацииестьминимальнаяэнергия, которойдолжныобладатьмолекулы, чтобыихстолкновениемоглопривестикхимическомувзаимодействию. Рассмотримпутьнекоторойэлементарнойреакции: А+В ->СПосколькухимическоевзаимодействиечастицсвязаносразрывомстарыххимическихсвязейиобразованиемновых, считается, чтовсякаяэлементарнаяреакцияпроходитчерезобразованиенекоторогонеустойчивогопромежуточногосоединения, называемогоактивированнымкомплексом

5. Ката́лиз (греч. κατάλυσις восходитк καταλύειν — разрушение) —избирательноеускорениеодногоизвозможныхтермодинамическиразрешенныхнаправленийхимическойреакцииподдействием катализатора(ов), которыймногократновступаетвпромежуточноехимическоевзаимодействиесучастникамиреакцииивосстанавливаетсвойхимическийсоставпослекаждогоциклапромежуточныххимическихвзаимодействий.^[1]

Основныепринципыкатализа

Катализаторизменяетмеханизмреакциинаэнергетическиболеевыгодный, тоестьснижает энергиюактивации. Катализаторобразуетсмолекулойодногоизреагентовпромежуточноесоединение, вкоторомослабленыхимическиесвязи. Этооблегчаетегореакциюсовторымреагентом. Важноотметить, чтокатализаторыускоряютобратимыереакции, каквпрямом, такивобратномнаправлениях.

Одноизнаиболееэффективныхсредстввоздействиянаскоростьхимическихреакций - использованиекатализаторов. Катализаторы - этовещества, которыеизменяютскоростьреакции, асамикконцупроцессаостаютсянеизменнымипосоставуипомассе. Иначеговоря, вмоментсамойреакциикатализаторактивноучаствуетвхимическомпроцессе, нокконцуреакцииреагентыизменяютсвойхимическийсостав, превращаясьвпродукты, акатализаторвыделяетсявпервоначальномвиде. Обычноролькатализаторазаключаетсявувеличениискоростиреакции, хотянекоторыекатализаторынеускоряют, азамедляютпроцесс. Явлениеускоренияхимическихреакцийблагодаряприсутствиюкатализаторовноситназваниекатализа, азамедления - ингибирования.

6. Химическоеравновесие — состояние химической системы, вкотором обратимо протекаетоднаилинесколько химическихреакций, причём скорости вкаждойпарепрямая-обратнаяреакцияравнымеждусобой. Длясистемы, находящейсявхимическомравновесии, концентрации реагентов, температура идругиепараметрысистемынеизменяютсясовременем.^[1]

Конста́нтаравнове́сия — величина, определяющаядляданной химическойреакции соотношениемеждутермодинамическими активностями (либо, взависимостиотусловийпротеканияреакции, парциальнымидавлениями, концентрациями или фугитивностями) исходныхвеществипродуктоввсостоянии химическогоравновесия (всоответствиис закономдействующихмасс). Знаяконстантуравновесияреакции, можнорассчитатьравновесныйсоставреагирующейсмеси, предельныйвыходпродуктов, определитьнаправлениепротеканияреакции.

7. Переводравновеснойхимическойсистемыизодногосостоянияравновесиявдругоеназывается смещением (сдвигом) химическогоравновесия, котороеосуществляетсяизменениемтермодинамическихпараметровсистемы  температуры, концентрации, давления Присмещенииравновесиявпрямомнаправлениидостигаетсяувеличениевыходапродуктов, априсмещениивобратномнаправлении  уменьшениестепенипревращенияреагента. Ито, идругоеможетоказатьсяполезнымвхимическойтехнологии.

ПринципЛеШателье —Брауна (1884 г.) —еслинасистему, находящуюсявустойчивомравновесии, воздействоватьизвне, изменяякакое-либоизусловийравновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитноеполе), товсистемеусиливаютсяпроцессы, направленныенакомпенсациювнешнеговоздействия.

АнриЛеШателье (Франция) сформулировалэтоттермодинамическийпринципподвижногоравновесия, позжеобобщённый КарломБрауном^[1].

Принципприменимкравновесиюлюбойприроды: механическому, тепловому, химическому, электрическому (эффектЛенца, явлениеПельтье)^[2].

Влияниеконцентрации

Влияниеконцентрациинасостояниеравновесияподчиняетсяследующимправилам:

· Приповышенииконцентрацииодногоизисходныхвеществравновесиесдвигаетсявнаправленииобразованияпродуктовреакции;

· Приповышенииконцентрацииодногоизпродуктовреакцииравновесиесдвигаетсявнаправленииобразованияисходныхвеществ.

Влияниедавления

Давлениесущественновлияетнаположениеравновесиявреакцияхсучастиемгазообразныхвеществ, сопровождающихсяизменениемобъёмазасчётизмененияколичествавеществаприпереходеотисходныхвеществкпродуктам:

Приповышениидавленияравновесиесдвигаетсявнаправлении, вкоторомуменьшаетсясуммарноеколичествомолейгазовинаоборот.

Вреакциисинтезааммиакаколичествогазовуменьшаетсявдвое: N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃

Значит, приповышениидавленияравновесиесмещаетсявсторонуобразования NH₃, очёмсвидетельствуютследующиеданныедляреакциисинтезааммиакапри 400 °C:

давление, МПа	0,1
объемнаядоля NH3, %	0,4

Влияниетемпературы

Влияниетемпературызависитотзнакатепловогоэффектареакции. Приповышениитемпературыхимическоеравновесиесмещаетсявнаправлении эндотермическойреакции, припонижениитемпературы —внаправлении экзотермическойреакции. Вобщемжеслучаеприизменениитемпературыхимическоеравновесиесмещаетсявсторонупроцесса, знакизмененияэнтропиивкоторомсовпадаетсознакомизменениятемпературы. ЗависимостьконстантыравновесияоттемпературывконденсированныхсистемахописываетсяуравнениемизобарыВант-Гоффа:

всистемахсгазовойфазой —уравнениемизохорыВант-Гоффа

Внебольшомдиапазонетемпературвконденсированныхсистемахсвязьконстантыравновесиястемпературойвыражаетсяследующимуравнением:

Например, вреакциисинтезааммиака

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q

тепловойэффектв стандартных условияхсоставляет +92 кДж/моль, реакцияэкзотермическая, поэтомуповышениетемпературыприводитксмещениюравновесиявсторонуисходныхвеществиуменьшениювыходапродукта.

 

9. Раство́р — гомогенная (однородная) смесь, состоящаяизчастицрастворённоговещества, растворителяипродуктовихвзаимодействия. "Гомогенный" - значит, каждыйизкомпонентовраспределёнвмасседругоговвидесвоихчастиц, тоестьатомов, молекулилиионов.^[1].