ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА –

раздел химии, изучающий скорости химических реакций, химическое равновесие.


Скоростью химических реакций называют изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.

Рассмотрим график зависимости изменения концентрации исходного вещества от времени в гомогенной системе:

В гомогенной системе нет поверхности раздела,
в гетерогенной реагенты находятся в разных агрегатных состояниях.

Скорость химических реакций зависит от:
1) природы реагирующих веществ;
2) концентрации реагирующих веществ;
3) температуры;
4) наличия катализатора.

Разберем эти факторы более подробно.

Итак, рассмотрим
1) Влияние природы реагирующих веществ
При рассмотрении этого фактора следует учесть, что чем активнее реагирующие вещества, тем выше скорость их взаимодействия.

Необходимо обратить внимание на положение металлов и неметаллов в Периодической системе, положение металлов в электрохимическом ряду напряжений, учесть, протекает реакция в растворе с образованием ионов или нет.

а) от природы неметалла
При рассмотрении влияния природы неметалла обратимся к Периодической системе химических элементов.
Например, какой из галогенов реагирует с водородом с наибольшей скоростью?

Так как радиус атомов в подгруппе галогенов при переходе
F – Сl – Br – I (сверху вниз↓) увеличивается, то неметаллические свойства ослабляются, следовательно, активность галогенов падает.
F2 реагирует с Н2 даже в темноте (очень активный), Сl2 – на свету, Br2 – при нагревании, I2 – при сильном нагревании.
Мы приходим к убеждению, что с наибольшей скоростью реагирует самый активный галоген - фтор.

б) от природы металла
Пример 1. Рассмотрим взаимодействие щелочных металлов с водой.
Так как радиус атомов в подгруппе щелочных металлов при переходе сверху вниз↓ в Периодической системе увеличивается, то металлические свойства усиливаются.
Литий реагирует с водой достаточно бурно, натрий – со взрывом, калий и рубидий – даже воспламеняются.

Пример 2. Чтобы ответить на вопрос, с каким из металлов, магнием или железом, взаимодействие с разбавленной серной кислотой будет проходить с наибольшей скоростью, обратимся к ряду напряжений – чем левее находится металл, тем он активнее. Приходим к выводу, что с магнием.

в) от природы электролита
При рассмотрении этого фактора следует учесть, что если реакция протекает в растворе между ионами, то скорость ее выше.
Рассмотрим ряд веществ, взаимодействующих друг с другом:
1) НСl (р-р) с NaOH (р-р)
2) C2H5Сl (г) с Na
3) СН3ОН (ж) с Na
4) C6H5OH (тв) с КOH (р-р)
В растворе между ионами протекает взаимодействие соляной кислоты с гидроксидом натрия (реакция нейтрализации), поэтому ответ (1).


А теперь, ответьте, пожалуйста, на вопрос 1:

Вопрос 1
С наибольшей скоростью при обычных условиях взаимодействует соляная кислота с

Рассмотрите электрохимический ряд напряжений металлов.

2) Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Влияние концентраций реагирующих веществ на скорость реакции выражается основным законом химической кинетики или законом действующих масс (Гульдберг и Вааге):

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных коэффициентам перед формулами веществ.

Рассмотрим реакцию в общем виде:
a A + b B = cC ,
Скорость прямой реакции определяется выражением:
v = k × [А]а × [В]b
где [А], [В] – молярные концентрации реагирующих веществ А и В;
a, b, c – коэффициенты перед формулами веществ;
k – константа скорости данной прямой реакции.
Коэффициент пропорциональности k называют константой скорости химической реакции. Физический смысл k – это скорость реакции, при [А] = [В] = 1 моль/л. Величина k зависит от природы реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора и не зависит от концентрации реагирующих веществ.
Уравнения, выражающие зависимость скорости химических реакций от концентраций реагентов, называют кинетическими.

Для гомогенной реакции: 2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г)

v = k × [NO]2 × [O2]

Из уравнения видно, чем выше концентрация↑, тем больше и скорость↑.

Почему с увеличением концентрации скорость реакции возрастает?
Потому, что увеличивается число соударений между молекулами реагирующих веществ.

Обратим внимание еще и на такие важные моменты:

Для газообразных веществ – чем выше давление р↑, тем выше скорость↑, поскольку изменение давления в системе – это, по сути дела, то же самое, что и изменение концентрации реагирующих газов!

Для твердых веществ – от их концентрации скорость НЕ ЗАВИСИТ - это надо твердо помнить, чтобы не попасть в «ловушку»!

Для гетерогенной реакции: С(тв.) + О2(г) = СО2(г)
v = k×[O2]

Скорость реакции с участием твердых веществ зависит от величины поверхности соприкосновения веществ, степени их измельчения – чем больше степень измельчения, тем выше скорость↑.

А теперь, ответьте, пожалуйста, на вопрос 2.

Вопрос 2
Для увеличения скорости химической реакции
Zn(тв) + 2НСI(р-р) = ZnCI2(р-р)+ H2(г)
следует

3) Влияние температуры

Почему с увеличением температуры скорость реакции увеличивается?

Потому, что с увеличением температуры возрастает скорость
движения молекул, увеличивается число активных столкновений.

Энергия активации.

Вопрос 3
Реакцию, уравнение которой
FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O + Q,

можно ускорить, если

4) Влияние катализатора.
Катализатором называется вещество, которое ускоряет реакцию, но само в ходе реакции не расходуется.
В присутствии катализатора скорость увеличивается, а в присутствии ингибитора уменьшается.

Механизм действия катализатора состоит в том, что в присутствии катализатора снижается энергия активации, и процесс идет по другому пути, отличающемуся от пути реакции в отсутствие катализатора.


Теперь, ответьте, пожалуйста, на вопрос 4:

Вопрос 4

Катализатор требуется для проведения реакции:

Химические реакции можно разделить на обратимые и необратимые.
Обратимые реакции не доходят до конца и заканчиваются установлением химического равновесия.
При этом прямая и обратная реакции не прекращаются, поэтому равновесие называется подвижным. При химическом равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной.

Принцип Ле Шателье.

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие
(изменяется концентрация, температура, давление), то равновесие нарушается
и смещается в сторону, противоположную этому изменению.

Рассмотрим влияние этих факторов на классическом примере реакции синтеза аммиака:

Влияние температуры.
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры - в сторону экзотермической.
Реакция синтеза аммиака - реакция экзотермическая, поэтому при повышении температуры равновесие сместится влево, в сторону исходных веществ; а при понижении температуры – вправо, в сторону образования аммиака.
Влияние давления.
При увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения количества газообразных веществ, то есть в сторону уменьшения давления; при уменьшении давления - в сторону увеличения количества газов.
В реакции синтеза аммиака – из 4 моль азота и водорода образуется 2 моль аммиака, поэтому повышение давления приведет к смещению равновесия вправо.
Влияние концентрации.
При повышении концентрации исходных веществ равновесие смещается вправо, в сторону образования продуктов; при повышении концентрации продуктов – влево.

Конец раздела