Основные задачи химической кинетики.

Макрокинетическая система.

Выделенную систему, в которой происходит химический процесс, следует различать от внешней сре-ды, окружения. Между реагирую-щей системой и внешней средой проходит, по крайней мере, 3 вида взаимодействия: механическое, те-рмическое (тепловое) и материа-льное. Механическое взаимодейс-твие заключается в совершении работы над средой или окруже-нием. Термическое взаимодействие заключается в передаче тепла те-плопроводностью или излучением. Материальное – в обмене вещест-вом и энергией. При изучении про-цессов всегда используется их иде-ализация. В результате подходя-щей идеализации реального явле-ния, одно или несколько видов взаимодействия могут быть иск-лючены. В зависимости от того, какая идеализация реального про-цесса используется, применяется следующая терминология: ------Система, совершенно не взаимо-действующая с окружающей сре-дой, называется изолированнойсистемой.

-Система, обменивающаяся энер-гией, но не веществом с окружа-ющей средой, называется замкну-той системой.

-Система, обменивающаяся веще-ством, а, следовательно, и энер-гией, называется открытой систе-мой.

Основные задачи химической кинетики.

Химическая реакция (химииче-ское превращение) – это превра-щение одного вида молекул, или их основ, в другие.

Химическое превращение приня-то записывать с помощью брутто уравнения (фактически это бала-нсное уравнение):

(1)

Это уравнение показывает, какие молекулы, или их фрагменты вступали в химический процесс, заглавными буквами обозначают символы соответствующих моле-кул или фрагментов ( , i=1,...,m – реагенты), и то, что получилось ( , j=1,…,l – продукты, m и l не обязательно совпадают). Сомно-жители и – называются сте-хиометрическими коэффициен-тами, и показывают, в какой про-порции в химическом процессе участвуют соответствующие мо-лекулы или их фрагменты. Могут измеряться в размерностях массы (кг, г) или в молях (будут обязате-льно целыми).

Если хотят отразить прохожде-ние процесса более детально, то выписывают систему уравнений типа (1), которая отражает отдель-ные составляющие хим. процесса в целом.

, S=1,….,I. (2)

I – число реакций, присутствую-щих в данном химическом проце-ссе. Обычно слева пишут те веще-ства, которые вступают в реак-цию, а справа те что получаются.

Иногда вместо равенства пишут:

- тем самым подчеркивается, что процесс может идти в прямом и обратном направлении;

- указывается, в каком напра-влении идет процесс.

Химические реакции подразде-ляют на:

а) экзотермические – проходят с выделением тепла;

б) эндотермические – проходят с поглощением тепла.

Информация об этом также записывается в брутто уравнении:

-+Q, то реакция экзотермическая;

-–Q, то реакция эндотермическая.

(Q измеряется в ккал или в Дж)

Если реакция может идти в прямом и обратном направлении, и прямая реакция экзотермичская, то обратная реакция будет эндоте-рмическая. Так, когда образуется соединение атомов, то реакция экзотермическая, иначе продукт был бы неустойчивым.

При бесконечно медленном из-менении состояния системы, из-меняется скорость прохождения химического процесса. Система может прийти в такое состояние, что скорость химического проце-сса в прямом, и обратном направ-лениях становятся равными. В результате суммарная скорость процесса будет равна нулю, т. е. сколько молекул из реагентов перешли в продукты, столько и образовалось из продуктов. В результате наблюдается химиче-ское равновесие.

При бесконечно медленном из-менении состояния макросисте-мы, соответствующим образом изменяется химическое равнове-сие, и если таким же образом вер-нуться в начальное состояние, то химическое равновесие опять во-звращается. Такой процесс назы-вается обратимым. Химическое равновесие определяется термо-динамическим состоянием систе-мы. Если система находится в ло-жном химическом равновесии, то в результате какого-либо воздей-ствия на неё, в системе проходит химический процесс необра-тимым образом, и вернуться обра-тным воздействием в исходное состояние невозможно.

До установления химического равновесия скорости реакции в прямом и обратном направлении различны, одно из них является преобладающим, и результирую-щая скорость определяется разно-стью: .Первой основ-ной задачей химической кинети-ки является определение скорости химического процесса, а также зависимость ее от времени и пара-метров состояния. Химическое Равновесие зависит от параметров состояния, но не зависит от исто-рии установления этих параме-тров. Поэтому химическое равно-весие определяется термодинами-ческим расчетом. Исходным для него является брутто уравнение реакции (1).

Как показывает опыт, большинс-тво неравновесных химических процессов не следуют непосред-ственно уравнению перехода ис-ходных молекул в продукты. Они идут, как правило, через образо-вание промежуточных продуктов, поставляемых промежуточными химическими реакциями.

Пример.Окисление ионов желе-за.

Чтобы процесс прошел согласно данному уравнению, необходимо, чтобы в одной точке пространства встретились 9 частиц, 8 из кото-рых одноименно заряжены – это маловероятное событие. Гораздо быстрее процесс пройдет через цепочку химических реакций:

1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

5) ;

6) ;

7) ;

Если реакция 7 пройдет дважды, то в сумме эта последователь-ность даст исходное брутто урав-нение. Последовательность реак-ций, определяющая путь прохож-дения процесса, называется меха-низмом или химизмом химиче-ской реакции.

Второй основной задачей хи-мической кинетики является на-хождение механизма химической реакции. С помощью машинного эксперимента эту задачу решают следующим образом. По каждому механизму определяются скоро-сти химической реакции, и в при-роде реализуется тот процесс, ко-торый имеет наибольшую скоро-сть. Проверяют вычисленные ме-ханизмы из эксперимента, путем определения в реагирующей сис-теме промежуточных продуктов реакции. Реакция, которая прохо-дит согласно её стехиометричес-кому уравнению, называется про-стой реакцией, остальные назы-ваются сложными. Простая реак-ция, являющаяся составной час-тью сложной реакции, называется стадией химического процесса.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: