Химическая кинетика, химическое равновесие и катализ

*

Химическая кинетика
– это раздел химии, изучающий механизмы химических реакций

*

В гомогенных реакциях отсутствуют поверхности раздела между реагентами (реагирующие вещества

*

В гетерогенных реакциях
есть поверхность раздела между реагентами (реагирующие

*

Скорость химической реакции
- изменение концентрации любого
участника

*

Продукты
реакции

Исходные
вещества

*

Скорость в данный момент времени
( ) называется истинной скоростью

*

Факторы, влияющие на скорость реакции:
природа реагирующих веществ;
концентрация;
давление (только для газов);
температура;
наличие катализатора;
площадь

*

Реакции по механизму их протекания
простые (элементарные реакции) – это реакции,

*

Большинство хим. и все биохим. реакции – сложные.
В сложных

*

2N2O5=4NO2+O2
1 стадия (медленная):
N2O5=N2O3+O2
2 стадия (быстрая):
N2O5+N2O3=4NO2
Скорость всей реакции определяется скоростью

*

Влияние природы реагирующих веществ определяется их составом и видом частиц, участвующих

*

Реакции между молекулами протекают обычно медленно, между ионами и радикалами

*

Влияние концентрации и давления на скорость реакции.
Для элементарных реакций справедлив

*

Для простой реакции aA(р) + bB(р) = dD(р)
v=k·Сa(А) ·Сb(В)
где С(А) и

*

Для реакции в газовой фазе
aA(г) + bB(г) = dD(г)
Вместо концентраций можно

*

Выражения
v=k·Сa(А) ·Сb(В) и v=k·Рa(А) ·Рb(В)
называются кинетическими уравнениями

*

Порядок сложной реакции не совпадает
со стехиометрическими коэф-ми реакции,

*

Например, для реакции
H2(г) + Сl2(г) → 2НСl(г)
кинетическое уравнение
частный

*

Для реакции
Zn(тв) + 2HCl(р) → ZnСl2(р) + H2(г) кинетическое уравнение
v

*

Для реакции
2Na(тв) + H2O(р) → 2NaOH(р) + H2(г)
кинетическое уравнение
v

*

Молекулярность реакции – это количество молекул, участвующих в элементарном процессе.
Для простых

*

мономолекулярные (участвует одна частица)
СаСО3=СаО+СО2,
бимолекулярные (участвуют две частицы)
2NO2=N2O4,
тримолекулярные реакции (участвуют три частицы)
2NO+Cl2=2NOCl.
Молекулярность

*

Для кинетической характеристики реакции используют не скорость, а константу скорости

*

Влияние температуры на
скорость реакции.

*

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O

*

Правило Вант-Гоффа:
С увеличением температуры на каждые 10º скорость химической реакции возрастает

*

Так как скорость реакции обратно пропорциональна времени, затраченного на реакцию,

*

для хим. реакций
для ферментативных (биохим.) реакций
Поэтому колебания температуры тела

*

Зависимость скорости реакции от температуры более точно описывается
теорией активных столкновений

*

к химическому взаимодействию приводит не каждое столкновение частиц, а только

*

Энергия активации Еа
– это минимальная энергия взаимодействующих частиц,

*

E

Ход реакции

А+В

[А…В]

C+D

Ea

*

[А…В] – активированный комплекс (промежуточный комплекс молекул, в котором одновременно

*

где - константа скорости реакции при температуре Т (К),
А – предэкспоненциальный

*

Уравнение Аррениуса выведено экспериментально, из него следует, что чем больше энергия

*

Влияние катализатора на скорость реакции.
Катализатором называют вещество, участвующее в реакции

*

Катализ бывает положительный, когда скорость реакции возрастает, и отрицательный, когда

*

Гомогенный катализ
В гомогенных каталитических
реакциях скорость пропорциональна количеству

*

Сущность механизма действия катализатора при гомогенном катализе заключается в образовании промежуточного

*

Ход реакции

Е

[А…В]

А+В+kat

C+D+kat

[A...B]kat

Ea

E'a

*

Механизм действия ингибитора
не связан с понижением энергии активации.

*

Гетерогенный катализ
Механизм гетерогенного катализа объясняется теорией активированной адсорбции. Адсорбция

*

*

На активных центрах поверхности катализатора адсорбируются реагирующие вещества. Процесс протекает

*

В гетерогенных реакциях увеличение поверхности соприкосновения фаз равносильно увеличению концентрации,

*

Активность катализатора может изменяться под влиянием добавок.
добавки

Увеличивающие
активность

Уменьшающие
активность

Промоторы
(активаторы)

Каталитические яды

*

биологические катализаторы –
ферменты (энзимы) – это белковые молекулы,

*

В живой клетке одновременно протекают много химических реакций, одно и тоже

*

Сопряженными называют реакции, каждая из которых происходит только при условии протекания

*

Такой продукт может играть роль катализатора или ингибитора для реакций, протекающих

*

Автокатализ – это самоускорение реакции, обусловленное накоплением конечного или промежуточного

*

Химическое равновесие.
Химические реакции

Необратимые
(протекают только в одном направлении)

Обратимые
(одновременно протекают две взаимно

*

Состояние обратимого процесса, при котором скорости прямой и обратной реакции

*

Для реакции
aА(г)+bB(г) cC(г)+ dD(г)
кинетическое уравнение прямой реакции
v=k·[A]a ·[B]b
кинетическое уравнение

*

В условиях равновесия v = v
тогда k·[A]a·[B]b = k·[C]c·[D]d
k [C]c·[D]d
k [A]a·[B]b

*

КР - константа химического равновесия, зависит от природы реагирующих веществ, от

*

Химические реакции:
экзотермические (с выделением теплоты, Q>0, ∆Н<0)
2NO+O2↔2NO2 +113 кДж
(или

*

принцип Ле Шателье:
Если на систему, находящуюся в состоянии химического