Лекция № 4. Кинетика химических реакций.

На прошлой лекции мы ввели критерий самопроизвольного протекания реакций (DG<0), рассмотрели вопрос о принципиальной т.д. возможности или невозможности процесса. Однако, важно и то, насколько быстро будут протекать реакции.

Между значением DG и скоростью нет зависимости (нельзя сказать, что чем больше по абсолютному значению DG, тем быстрее достигается равновесие), так для реакций:

2NO (г) + O₂(г) = 2NO₂ (г); DG⁰₂₉₈= -70 кДж

2H₂ (г) +O₂(г)=2H₂O(г); DG⁰₂₉₈ = -447 кДж

Первая реакция протекает очень быстро при комнатной температуре (образование бурого газа), а вторая реакция без катализатора практически не идет.

Если же с т.д. точки зрения реакция невозможна (DG>0), то бессмысленно пытаться реализовать ее в данных условиях.

Исследованием течения реакций во времени занимается химическая кинетика. Она изучает скорости реакций, их зависимость от различных факторов и механизмы реакций.

Механизм реакции – последовательность и характер стадий хим. реакции.

По механизму различают простые и сложные реакции. Простые реакции осуществляются посредством простых элементарных актов. Элементарный акт – единичный акт взаимодействия частиц, в результате которого образуются новые частицы продуктов или промежуточных соединений. В элементарном акте принимает участие одна или две частицы, крайне редко – три.

Для сложных реакций необходимы разнотипные элементарные акты. Сложная реакция – суммарный результат нескольких элементарных процессов. Уравнение реакции в этом случае не отражает механизм реакции. Типы сложных реакций: параллельные (одновременно протекают два или несколько процессов), последовательные (А→В→С), сопряженные(А +В→ М, А+С→N), цепные.

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. (моль/л с)

Скорость реакции в общем случае не является постоянной в течение всего времени ее протекания. Скорость прямой реакции по мере расходования исходных веществ будет уменьшаться, скорость обратной – увеличиваться. Поэтому используют понятие средней скорости в данном интервале времени Dt:

v_ср = ±Dc/Dt

Истинная скорость (в любой момент времени) определяется первой производной концентрации по времени:

v_ср = ±dc/dt

(Рис. Фримантл, I, с. 414, кривая скорости)

Графическое изображение зависимости концентрации реагентов от времени есть кинетическая кривая

Истинную скорость реакции можно определить графически, проведя касательную к кинетической кривой (рис. 2.2); истинная скорость реакции в данный момент времени равна по абсолютной величине тангенсу угла наклона касательной:

 

Скорость зависит:

1) от природы реагирующих веществ