Kémiai reakciósebességek és kinetikája szabályozása módszerek
Kémiai kinetika törvényszerűségeit kutató kémiai folyamatok az időben.
A kémiai reakció sebessége (n) - az anyag mennyiségét (Dn), reagens vagy a reakciójával kialakított egységnyi idő (Dt) egységnyi térfogatú reakció térben (V):
Az anyagmennyiség egységnyi térfogatra (Dn / V) - az a moláris koncentrációja S.
Ezután a reakció sebessége felírható:
Az egység a sebesség mol • L -1 • sec -1.
Ahhoz, hogy a heterogén reakció sebessége függ a terület a felület (S):
Sebesség szempontjából - mol • m -2 • s -1.
Megkülönböztetni a pillanatnyi és az átlagos sebesség.
Az átlagos sebesség által leírt egyenlettel
A reakció sebessége lehet megítélni koncentrációjának mérésével a kiindulási anyagok vagy termékek. Koncentráció A kiindulási anyag idővel fokozatosan csökken, és a DC rendelkezik a „-” jel, és a koncentrációt a termék növekszik, és a DC van egy „+” jel.
Ha veszünk egy végtelenül időkülönbség dt, megkapjuk azt a kifejezést pillanatnyi sebesség bármely adott időpontban
A reakció sebességét befolyásolja:
1. A a reaktánsok jellegétől - a természet a kémiai kötések a vegyületek, a szerkezet a molekulák.
2. A reaktánsok koncentrációja. A kémiai reakció sebességét, azonos körülmények között, attól függ, hogy az ütközések számát a reagáló részecskék egységnyi idő. Az ütközés valószínűsége függ a részecskék száma egységnyi térfogatban, azaz, koncentrációt. sebesség függőség egyszerű elemi reakció vagy a reaktánsok koncentrációja fejezi ki a tömeghatás törvénye:
A reakció sebessége arányos a termék moláris koncentrációja a reagensek, hozott fok, egyenlő a sztöchiometriai együtthatók.
A törvény által kifejezett egyenlet
ahol a CA és CB - moláris koncentrációja a reagensek A és B, mol / l;
a és b - sztöchiometrikus együtthatók az egyenletben a reakció;
k - arányossági tényező az úgynevezett állandó sebességgel.
A reakció sebességi állandója függ a reaktánsok természetétől, a hőmérséklet, egy katalizátor jelenlétében, de nem függ a koncentrációt az reaktánsok és számszerűen egyenlő a reakció sebessége a feltétellel CA = CB = 1.
Ha az egyik reakciópartner szilárd állapotban, a reakció a határfelületen, és az egyenletben a tömeghatás törvénye szilárdanyag koncentráció nem tartalmazza. Így a reakció
A függőség a reakció sebessége a hőmérséklet által leírt van't Hoff szabály: minden hőmérséklet-emelkedése 10 ° aránya a legtöbb kémiai reakciók növekedése 2-4 alkalommal:
és ahol az - reakciósebesség hőmérsékleten T1 és T2.
g - hőmérsékleti együttható, amelynek értékeit a legtöbb reakciók a tartományban 2-4.
Növelése a reakció sebességét a hőmérséklet növelésével a megnövekedett aktív molekulák, azaz a rendelkező molekulák elegendő energiát egy kémiai kölcsönhatás saját ütközés. Az energia, ami minden bizonnyal az ütköző molekulák, így kellett nevezett reakcióra energieyaktivatsii (Ea). A matematikai összefüggés a reakció sebessége, a hőmérséklet és az aktiválási energia nevezzük Arrhenius egyenlet:
ahol k - reakciósebességi állandó;
R - gázállandó J / mol • K;
T - abszolút hőmérséklet, K;
Ea - aktiválási energia, kJ / mól;
e - a bázis a természetes alapú logaritmus;
A - a pre-exponenciális faktor, amely független a hőmérséklet és koncentráció.
A sebességi állandó nagyobb, az alsó Ea, és minél magasabb a hőmérséklet.
A számításokat az Arrhenius-egyenlet, átalakított két hőmérséklet:
ahol - a sebességi állandók hőmérsékleten T2 és T1.
4. A felület a reagensek közötti érintkezést.
kémiai reakció megy végbe a felület heterogén reakciók. Növelése a terület a szilárd felület őrlés vezet jelentős gyorsul a reakció.
Katalizátorok - olyan anyagok, amelyek növelik a reakció sebességét. A katalizátort reagál egy alkalmas reagens, amely reagál a másik kiindulási anyagot alkotnak reakciótermékek és felengedése katalizátort. A gyorsító hatása a katalizátor, általában az, hogy csökkentse az aktiválási energia a katalizált reakció.
1. példa Mivel a reakció sebessége változik
2NO (g) + O2 (g) ® 2NO2 (g)
ha 55% oxigén fog reagálni, ha a kezdeti koncentráció a reaktánsok, illetve:
Írunk a kifejezés a tömeghatás törvénye a reakció:
1. Mi található a reakció sebessége a kezdeti időben
2. Keresse meg a számát reagált oxigén
3. Keressük az aktuális oxigén koncentrációja, vagyis amikor 55% O2 reagálnak
4. Keresse meg a számát nem reagált a nitrogén-oxid (II). Összhangban a sztöchiometriája a reakció
5. Keresse az aktuális koncentrációját NO
C (NO) = 6-5,5 = 0,5 mol / l.
6. Keresse az aktuális reakció sebessége
n = k • 0,52 • 2,25 = 0,56k.
7. Keresse hányszor csökkenti a reakció sebességét, ha az oxigén reagál 55%
Válasz. A reakció sebessége csökken, hogy 321-szor.
2. példa Amint a reakció sebessége változik
4HCl (g) + O2 (g) ® 2Cl2 (g) + 2H2O (g) ha a növekedés 3-szeres: a) az oxigén koncentrációját; b) a hidrogén-klorid koncentrációja; c) a nyomást?
1. Mi írjuk a kifejezés a tömeghatás törvénye a reakció
2. Miután a növekedés az oxigén koncentrációja 3-szor lesz egyenlő, akkor a reakció sebessége lesz
3. Ha egy 3-szoros növekedését a HCl-koncentráció, ez lesz egyenlő 3C (HCI). Ezért, a reakció sebessége lesz
4. A nyomás növekedés 3-szor annyi alkalommal növeli a koncentráció a gáznemű reagensek, azonban
5. Nézzük, ahogy a változás sebessége, ha:
a) növekszik az oxigénkoncentráció a 3-szor
b) növeli a HCI-koncentráció 3-szor
c) egyre nagyobb a nyomás 3-szor
Válasz: a) növekszik az oxigénkoncentráció a 3-szor a reakció sebességét növeljük háromszor;
b) HCI és növekvő koncentrációban 3-szor a reakciósebességet nőtt 81 alkalommal;
c) amikor a nyomás 3-szor a reakciósebesség növekedett 243 alkalommal.
3. példa Egy 353 reakció befejeződött, 20 másodperc alatt. Mennyi ideig tart a reakció 293 K, a hőmérsékleti együttható, ha ez a reakció 2.5?
Között a sebességet a kémiai reakció és annak időtartama fordítottan függőség létezik:
ahol - a reakcióidő hőmérsékleten T1 és T2.
1. Írj egy szabály van't Hoff
Válasz. Amikor a reakció hőmérséklete 293 befejezéséhez 1 óra 21 perc 19 másodperc.
4. példa Számítsuk az aktiválási energia a kémiai reakció, ha a reakció sebességi állandója 273 és 280 K volt, míg 4,04 • 10-5 7,72 • 10-5.
Az aktivációs energiát úgy kell kiszámítani Arrhenius egyenlettel
Válasz. A aktiválási energia 58,74 kJ / mól.