Скорость химической реакции

Некоторые понятия химической кинетики.
Химическая кинетика – раздел химии, изучаю-
щий скорость и механизмы химических реакций.
Гомогенные реакции – реакции, протекающие в однородной среде (в растворе или газовой фазе) во всем объеме реакционной смеси.
Гетерогенные реакции – реакции в неоднородных системах, как правило, благодаря участию твердого вещества. Реакция в таких системах протекает на границе раздела фаз.

Что такое химические реакции?
Химические реакции – превращения одних веществ в другие, отличающиеся по составу и (или) строению. При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами.
Признаки химических реакций:
1) Выделяется газ; 2) Выпадет осадок;
3) Изменяется окраска веществ;
4) Выделяется или поглощается тепло, свет.

Химические реакции протекают с разными скоростями.
Быстрые реакции протекают в водных растворах с участием растворимых веществ; также это реакции, сопровожда-ющиеся взрывом.
Медленные реакции – разрушение горных пород, образование сталактитов и сталагмитов, коррозия металлов.

Скорость гомогенной реакции определяется как изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:
Скорость гетерогенной реакции определяется как изменение количества вещества в единицу времени на единице поверхности:
S — площадь поверхности соприкосновения веществ .
Как оценить скорость реакции?

Факторы, влияющие на скорость химической реакции.
Природа реагирующих веществ
Температура
Концентрация реагирующих веществ
Наличие катализатора (ингибитора)
Площадь поверхности соприкосновения веществ

В случае c HCl реакция пойдет быстрее, т.к.
соляная кислота – сильная, а уксусная – слабая.
Природа реагирующих веществ
В каком случае реакция пойдет с бОльшей скоростью:
Zn + HCl ? или Zn + CH3COOH ?
Mg + HCl ? или Fe + HCl ?
В случае c Mg реакция пойдет быстрее, т.к.
магний более активный металл, чем железо.

Температура
Правило Вант-Гоффа:
Повышение температуры на каждые 10 °С
приводит к увеличению скорости реакции в 2–4
раза (эту величину называют температурным
коэффициентом реакции).
При повышении температуры резко повышается доля «активных» молекул, участвующих в эффективных соударениях, преодолевающих энергетический барьер реакции.
,
Вант-Гофф Якоб Хендрик
голландский химик, первая
Нобелевская премия по химии,
1901 г.

Пример 1: Если температурный коэффициент реакции равен 2, то при повышении температуры
с 200С до 500С скорость реакции возрастет в 8 раз.
Температура
Пример 2: Если скорость реакции возросла в 243 раза, а температурный коэффициент реакции равен 3, то температура была повышена на 50 0С.

Концентрация реагирующих веществ
Математически зависимость скорости от концентрации для реакции выражается законом действующих масс.
Т.е. скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коээфициентам.
СА, СВ – молярные концентрации веществ, k – константа скорости
Для реакции: аА + bВ = cАВ
Закон открыт в 1867 г. норвежскими
учеными К.Гульдбергом и П.Вааге

Концентрация реагирующих веществ
2SO2 + О2 ⬄ 2 SO3 + Q
Пример: Если в реакции
давление в системе увеличить в 2 раза, то скорость реакции возрастет в 8 раз.
Для реакций с участием газообразных веществ
повышение давления в системе или уменьшение объема
равносильно повышению концентрации
реагирующих веществ.

Катализаторы
Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и изменяющие ее скорость или направление, но по окончании реакции остающиеся неизменными.
Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.
Механизм действия катализаторов –
образование промежуточных продуктов,
имеющих более низкую энергию активации.

Катализаторы
2SO2 + О2 ⬄ 2 SO3 + Q
Реакция окисления сернистого газа
в серный ангидрид
в производстве серной кислоты
протекает в контактном аппарате.
На горизонтальных полках
размещается катализатор –
пятиокись ванадия V2O5.
Автомобильные двигатели
снабжены катализаторами
полного сжигания топлива.

Катализаторы
Ферменты – биологически активные
катализаторы.
Используются в производстве детского
питания, сыров, хлебопечении,
виноделии и пивоварении.
Нежелательные реакции необходимо
замедлять. Для этого используют
вещества – ингибиторы.

Площадь соприкосновения реагирующих веществ
В каком случае реакция пойдет с бОльшей скоростью:
Feкусковое + HCl ? или Feпорошкообразное + HCl ?
С порошкообразным железом реакция пойдет быстрее, т.к. больше площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Для гетерогенных реакций скорость не зависит
от количества твердого продукта реакции, а зависит
от степени его измельчения.

Площадь соприкосновения реагирующих веществ
В производстве серной кислоты
при обжиге пирита
(серного колчедана)
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2?
для увеличении поверхности
соприкосновения твердого
компонента с воздухом используют
принцип «кипящего слоя».