Тема 7. Химическая кинетика и равновесие

“Кинетику можно рассматривать как основу науки, потому что, прежде чем установится равновесие, должен протечь процесс”.

В. Оствальд

Расчет термодинамических функций состояния дает ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания той или иной реакции и некоторых условиях ее проведения. Однако термодинамика не дает ответа на вопрос, как быстро пойдет данная реакция, пойдет ли она за месяц, год или век.

Рассмотрим реакцию С + О₂  СО₂. Термодинамический расчет показывает, что реакция возможна. Но кусок угля годами может лежать на воздухе, не претерпевая никаких изменений. Однако изменение условий проведения процесса (например, нагрев) изменит и скорость протекания этой реакции.

Химическая кинетика занимается исследованием течения реакций во времени. Другими словами, химическая кинетика – учение о скоростях и механизмах химических реакций.

Химические реакции могут протекать с различной скоростью. Одни реакции идут быстро. К ним относятся, например, реакции горения, реакции с ионами (нейтрализация, образование осадков труднорастворимых веществ).

Существуют и медленные процессы. Это – коррозия, молекулярные реакции, переваривание пищи, процессы брожения и т.д.

Скорость одной и той же реакции зависит и от условий проведения процесса. Окисление глюкозы – показательный пример. В организме окисление глюкозы идет медленно. На воздухе при обычных условиях чистая глюкоза с кислородом не взаимодействует. А в жидком кислороде и в присутствии некоторых катализаторов она взрывается.

7.1. Скорость химической реакции

Понятие “системы” было введено при изучении темы 6. При изучении законов химической кинетики различают системы гомогенные и гетерогенные. И определение скорости химической реакции для каждой их этих систем имеет свои особенности.

Таблица 7.1.

Скорость гомогенных и гетерогенных реакций

Система
гомогенная	гетерогенная
система, состоящая из одной фазы	система, состоящая из нескольких фаз
Если реакция протекает в гомогенной системе, то она идет во всем объеме этой системы. Например, ионные реакции FeCl3 + 3KCNS  Fe(CNS)3 + 3KCl	Если реакция протекает в гетерогенной системе, то она идет только на границе раздела фаз, образующих систему. Например, Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2
Скоростью гомогенной реакции называется изменение числа моль исходных или образующихся веществ (n) в единице объема (V) за единицу времени () Отношение n/V = c (моль/л) называется молярной концентрацией. Следовательно, скорость реакции – это изменение концентрации в единицу времени , моль/лс.	Скоростью гетерогенной реакции называется изменение числа моль исходных или образующихся веществ (n) в единицу времени () на единице площади поверхности (S) Скорость гетерогенной реакции может определяться аналогично скорости гомогенной реакции, т.е. , моль/лс.
Если измеряют концентрацию убывающих исходных веществ, то выражение для скорости реакции будет иметь знак “”, а если регистрируют возрастание концентрации продуктов реакции, то “+”.
В ходе реакции концентрация меняется непрерывно, поэтому правильно пользоваться истинными, т.е. мгновенными значениями скоростей в виде производной концентрации по времени: