Химическая кинетика

Химическая кинетика - это раздел физической химии, изучающий скорости и механизмы химических реакций. Химическая кинетика изучает различные условия, влияющие на скорость реакций.
Знание химической кинетики позволяет управлять химическими реакциями, регулировать их скорость в желательном направлении.
Сбалансированность скоростей множества химических реакции позволяет живым системам регулировать метаболизм и поддерживать состояние гомеостаза. Нарушение сбалансированности скоростей отдельных процессов вызывает различные патологические изменения.
Со скоростью химических реакций связана эффективность, продолжительность действия лекарственных препаратов, сроков выведения их из организма.

Гомогенные реакции - это реакции, при которых вещества находятся в одинаковых агрегатных состояниях (фазах). Реакции между двумя газами, двумя жидкостями или двумя твердыми веществами.
2CO(г) + O2(г) 2CO2 (г)
Гетерогенные реакции (неоднородные) - это реакции между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях.Такие реакции идут на поверхности раздела фаз.
S(тв) + O2 (г) SO2 (г)
Кинетика гомогенных и гетерогенных реакций различна.

Реакции, проходящие в одну стадию, являются простыми; сложные реакции протекают в несколько последовательных стадий.
По числу молекул, принимающих участие в элементарном акте химического превращения, различают моно- , би- , тримолекулярные реакции.

Сложные реакции
Могут протекать:
-последовательно друг за другом -циклически
A B C D B
-параллельно I A
B F C
A C D
D X
-последовательно-параллельно
C
А B
D

Закон действующих масс - в кинетической форме (основное уравнение кинетики) гласит, скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции (C(X) - молярная концентрация вещества). (Гульдберг и Вааге, 1867год).
Физический смысл константы скорости реакции К следует из уравнения закона действующих масс: К численно равна скорости реакции (υ = К ) при концентрации (С(Х)) каждого из реагирующих веществ равной 1 моль/л.
Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.
К- константа скорости, постоянная при данной температуре величина.
Закон справедлив для простых (элементарных) процессов.

Порядок и механизм реакции

Сложные реакции

Некоторые кинетические характеристики реакций

Зависимость скорости реакции от температуры.

Энергии активации -
это та энергия, которую необходимо сообщить одному молю вещества, чтобы все молекулы в нём содержащиеся, стали активными.
Ea
Ea большинства реакций
40-120 кДж/моль
координата реакции
энергия

Из уравнения Аррениуса следует, что чем больше Еа, тем меньше
константа скорости реакции, тем медленнее идет реакция.
Снижение энергии активации вызывает увеличение скорости реакции.
Еа определяется характером частиц, вступивших в реакцию. Молекулы значительно менее реакционно способны, чем свободные атомы, радикалы и ионы.
Источником энергии активации может быть энергия в различных формах: тепловая, лучистая, электрическая, энергия радиоактивных частиц.

Третий фактор, влияющий на скорость реакции, катализ
Катализ – явление изменения скорости реакции под влиянием катализаторов. Различают положительный и отрицательный катализ.
Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Катализаторы уменьшают значение энергии активации.
Катализаторы подразделяются на гомогенные - катализаторы находящиеся в одной фазе с реагирующими веществами и гетерогенные - образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества.