Катализатором называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ

Химическая кинетика –раздел химии, задача которого – объяснение качественных и количественных изменений химических процессов, происходящих во времени.

Основным понятием в химической кинетике является понятие о скорости химической реакции:

Скорость химической реакции определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.

Если при неизменных объеме и температуре концентрация одного из реагирующих веществ уменьшилась от с₁ до с₂ за промежуток времени от t₁ до t₂, то в соответствии с определением скорость реакции равна

n = -(c₂-c₁)/(t₂-t₁) = - Dc/Dt.

Знак «-» в правой части уравнения обозначает следующее. По мере протекания реакции (t₂-t₁ > 0) концентрация реагентов убывает, следовательно, с₂-с₁<0, а так как скорость реакции всегда положительна, то перед дробью следует поставить знак «-».

Обычно концентрации реагентов выражают в моль/л, а скорость реакции – в моль/(л.с).

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и от условий, в которых реакция протекает. Важнейшим из них являются: концентрация. Температура и присутствие катализатора. Природа реагирующих веществ оказывает решающее влияние на скорость реакции. Так, например, водород с фтором реагирует очень энергично уже при комнатной температуре, тогда как с иодом значительно медленнее даже при нагревани и.

Количественно зависимость между скоростью реакции и молярными концентрациями реагирующих веществ описывается основным законом химической кинетики – законом действующих масс.

Скорость химической реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Для реакции, записанной в общем виде

aA + bB cC + dD + …,

в соответствии с законом действующих масс зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ может быть представлена в виде

n = k[A]^nA[B]^nB. [1]

Здесь k – коэффициент, не зависящий от концентрации, называемый константой скорости; n_A и n_B – постоянные числа, называемые показателями порядка реакции по реагентам А и В. Сумма n_А+n_В=n называется суммарным (общим) порядком реакции.

Зависимость типа [1] строго справедлива для газов или жидких веществ (гомогенные системы) и не распространяется на реакции с участием твердых веществ (гетерогенные системы). Скорость гетерогенной реакции зависит не только от рассмотренных выше факторов, но и от величины поверхности соприкосновения между реагирующими веществами. Всякое увеличение поверхности приводит к увеличению скорости реакции.

Для приближенной оценки изменения скорости широко используется температурный коэффициент скорости реакции Вант-Гоффа g. Этот коэффициент показывает, во сколько раз изменяется скорость реакции при изменении температуры на определенную величину DТ. В большинстве случаев при повышении температуры на 10 ^о скорость гомогенной реакции увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа), т.е.

g=k_т+10/k_т.

Одно из наиболее сильных средств влияния на скорость реакции - присутствие в реагирующей системе катализатора.

Катализатором называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается.

Влияние катализаторов на скорость реакции называется катализом. Когда реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии, говорят о гомогенном катализе. При гетерогенном катализе реагенты и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях: обычно катализатор – в твердом, а реагирующие вещества – в жидком или газообразном ( например, в случае окисления SO₂ в SO₃ в присутствии оксида ванадия (V) происходит гетерогенный катализ).

Механизм действия катализаторов является очень сложным. Основная гипотеза, объясняющая катализ, - предположение об образовании промежуточных продуктов при взаимодействии катализатора и реагирующего вещества. Если реакция А + В = АВ без катализатора происходит медленно, то при прибавлении катализатора К он реагирует с одним из исходных веществ, образуя непрочное и очень реакционноспособное промежуточное соединение АК (или ВК):

А(В) + К = АК(ВК).

Промежуточное соединение АК взаимодействует с другим исходным веществом В, образуя конечный продукт реакции АВ и выделяя катализатор в первоначальном виде:

АК + В = АВ + К.

2KCIO₃ 2KCI + 3O₂ .

Необратимые реакции, как правило, «доходят до конца», т.е. до полного израсходования хотя бы одного из исходных веществ.

Химические реакции, которые при одних и тех же условиях могут идти в противоположных направлениях, называются обратимыми.

Например:

H₂ + I₂ 2HI

Реакцию, протекающую слева направо, называют прямой (константа скорости прямой реакции k₁), справа налево – обратной (константа скорости обратной реакции k₂).

В обратимых реакциях скорость прямой реакции вначале имеет максимальное значение, а затем уменьшается вследствие уменьшения концентрации исходных веществ. И наоборот, обратная реакция в начальный момент имеет минимальную скорость, которая увеличивается по мере нарастания концентрации продуктов реакции. Наконец, наступает такой момент, когда скорости прямой и обратной реакции становятся равными.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: