Вопрос 18 скорость химических реакций . Влияние различных факторов

Скорость химической реакции - это изменение молярной концентрации одного из участвующих в реакции веществ в единицу времени: v = Dc/Dt [моль/литр*сек]

От чего же зависит скорость реакции?

В первую очередь – от природы веществ: одни вещества реагируют мгновенно, другие – медленно. Затем – от концентрации реагентов: чем она больше, тем чаще будут сталкиваться частицы. В-третьих, повышение температуры также будет ускорять реакцию: чем выше температура, тем легче частицам образовывать активированный комплекс и преодолеть энергетический барьер. Для гетерогенных реакций самый важный фактор – площадь контакта реагентов (она напрямую зависит от степени измельчения). Наконец, в присутствии веществ-катализаторов тоже достигается рост скорости реакции. Основные факторы – это концентрация реагирующих веществ, температура, наличие катализатора. Влияние концентрации. Зависимость скорости химических реакций от концентрации определяется законом действия масс, который в общем виде записывается так: V = K Can Cвm ,

где К – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.

Ca и Cв – концентрации веществ а и в, участвующих в химической реакции.

n и m – стехиометрические коэффициенты. Влияние температуры. С повышением температуры скорость реакции возрастает, что связано с увеличением константы скорости реакции. Согласно правилу Вант-Гоффа повышение температуры на 10 0 С увеличивает скорость реакции в 2-4 раза. Можно рассчитать температурный коэффициент скорости реакции:

g = Kt+10/Kt , где

Kt+10 – константа при температуре t+10 0.

Kt – константа скорости реакции при температуре t.

Влияние катализатора. Катализатор – вещество, которое резко изменяет скорость реакции. При внесении катализатора реакция проходит через несколько промежуточных стадий, требующих меньшей энергии активации, чем прямая реакция без катализатора, что приводит к колоссальному возрастанию скорости реакции. Медленно протекающий процесс, например реакция А + В = АВ в присутствии катализатора К проходит в две стадии:

А + К = АК ( промежуточное соединение)

АК + В = АВ + К

Большинство каталитических реакций положительно, т. е. в присутствии катализатора их скорость возрастает. Однако встречается отрицательный катализ. В этом случае катализатор называют ингибитором. Если ингибитор тормозит процесс окисления, его называют антиоксидантом. Получение и хранение различных продуктов сопровождается протеканием ряда химических процессов.

Вопрос 22 химическое равновесие . Принцип Ле Шаталье

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ – состояние химической системы, при котором возможны реакции, идущие с равными скоростями в противоположных направлениях. При химическом равновесии концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем. Химические реакции разделяются на обратимые и необратимые.

Необратимыми называются реакции, которые протекают только в одном напровлении. Условиями их протекания являются следующие факторы:

1) Выпадения осадка.

2) Выделение газа.

3) Образования малодиссоциированного соединения (например, воды).

4) Выделения большого количества тепла.

Обратимыми называются реакции, которые протекают одновременно в прямом и обратном направлениях. Химическое равновесие – это состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакций равны! Отношение произведения молярных концентраций продуктов реакции, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, к такому же произведению молярных концентраций исходных веществ, есть величина постоянная при постоянной температуре.

2. Принцип Ле Шателье. Принцип Ле-Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить концентрацию, температуру, давление), то равновесие сместится в сторону той реакции, которая ослабляет это воздействие.

Положение равновесия можно смещать за счёт изменения концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Уменьшение температуры смещает равновесие в сторону экзотермической реакции. Для реакции с участием газообразных веществ при повышении давления равновесие смещается в сторону уменьшения числа молей газа. Чтобы легче понять принцип Ле Шателье, рассмотрим простую химическую реакцию. Два вещества (реактивы) взаимодействуют друг с другом, в результате взаимодействия образуется третье вещество (продукт), которое стремится к расщеплению на исходные вещества. Это можно изобразить в виде следующего уравнения:

A + B <—> C

Двойная стрелка обозначает обратимую реакцию. При протекании прямой реакции слева направо происходит образование вещества C из веществ A и B. В случае обратной реакции (справа налево) вещество C расщепляется на вещества A и B. Когда эта система находится в химическом равновесии, скорости прямой и обратной реакций одинаковы — в одной точке данной системы образуется молекула вещества C, а где-то в другом месте другая молекула вещества С распадается. Если в систему добавить избыток вещества A, равновесие временно нарушится, так как вырастет скорость образования вещества C. Но чем быстрее будет расти концентрация вещества C, тем быстрее оно будет расщепляться — пока снова не будет достигнуто равновесие между прямой и обратной реакциями. Тогда скорость образования вещества C из веществ A и B сравняется со скоростью расщепления вещества С на вещества A и B. Действие принципа Ле Шателье можно проследить на примере изменения химического состава дождя или растворения шипучей антацидной (снижающей кислотность желудочного сока) таблетки в воде. В обоих случаях в химической реакции участвуют углекислый газ (CO2), вода(H2O) и угольная кислота (H2CO3): CO2 + H2O <—> H2CO3

Когда дождевая капля попадает в воздух, она поглощает углекислый газ, и концентрация в левой части реакции возрастает. Для поддержания равновесия образуется большее количество угольной кислоты. В результате дождь становится кислотным (см. Кислотный дождь). Добавление углекислого газа смещает равновесие реакции вправо. Противоположная реакция происходит при опускании в воду таблетки антацида (вещества, нейтрализующего кислоту). Бикарбонат натрия (антацид) вступает в реакцию с водой, и образуется угольная кислота, что приводит к увеличению концентрации вещества в правой части реакции. Чтобы восстановилось равновесие, угольная кислота разлагается на воду и углекислый газ, который мы и наблюдаем в виде пузырьков.