Скорость химических реакций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Благовещенский медицинский техникум»

Реферат

Скорость химических реакций

Специальность: Фармация

Дисциплина: Общая и неорганическая химия

Работу выполнила:

Коновалова Мария Николаевна

Группа: 321

Руководитель:

Гребенюк Н.И.

Степное Озеро

2021

Оглавление

скорость химический реакция

Введение

1. Влияние концентрации веществ на скорость химических реакций

2. Влияние давления на скорость химической реакции

3. Влияние температуры на скорость химической реакции

Заключение

Список литературы

Введение

Скорость любой химической реакции зависит от условий, в которых она протекает: от концентрации реагентов (или их давления, если это газы), температуры, наличия катализатора или излучения и т.д. Одни реакции протекают практически мгновенно (например, нейтрализация кислоты основанием), другие при обычных условиях идут настолько медленно, что заметные изменения концентраций реагентов наблюдаются лишь через несколько лет (например, взаимодействие водорода с кислородом с образованием воды в отсутствие катализатора). При этом существует множество реакций, протекающих с вполне измеримыми скоростями в обычных условиях. Химическая кинетика занимается определением скоростей химических реакций и изучением их механизма. Это относительно молодая наука, и в ней имеется много нерешенных проблем. Во всех кинетических исследованиях фигурируют время и промежуточные продукты (вещества, образующиеся на промежуточных стадиях реакции). Этим они отличаются от исследований систем в условиях химического равновесия, когда рассматриваются только начальное и конечное состояния реагентов.

1. Влияние концентрации веществ на скорость химических реакций

Чтобы вещества прореагировали, необходимо, чтобы их молекулы столкнулись. Вероятность столкновения двух людей на оживленной улице гораздо выше, чем на пустынной. Так и с молекулами. Очевидно, что вероятность столкновения молекул на рисунке слева выше, чем справа. Она прямо пропорциональна количеству молекул реагентов в единице объема, т.е. молярным концентрациям реагентов. Это можно продемонстрировать с помощью модели.

В середине XIX в. (1865 г. - Н.Н. Бекетов, 1867 г. - К. Гульдберг, П. Вааге) был сформулирован основной постулат химической кинетики, называемый также законом действующих масс:

Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведенным в некоторые степени:

v = k[A]ⁿ[B]^m, для реакции aA + bB = ...

Числа n, m в выражении закона действующих масс называются порядками реакции по соответствующим веществам. Это экспериментально определяемые величины. Сумма показателей степеней n, m называется общим порядком реакции.

Обратите внимание, что степени при концентрациях А и В в общем случае не равны стехиометрическим коэффициентам в реакции! Они становятся численно равными только в том случае, если реакция протекает именно так, как записывается (такие реакции называются простыми или элементарными и достаточно редки). В большинстве случаев уравнение реакции отражает лишь суммарный результат химического процесса, а не его механизм.

Коэффициент пропорциональности k называется константой скорости реакции. Значение константы скорости реакции постоянно для данной реакции при данной температуре.

*В закон действующих масс не входят концентрации твердых веществ, т.к. реакции с твердыми веществами протекают на их поверхности, где "концентрация" вещества постоянна.

C_тв+O₂=CO₂,

v=k[C]^m[O₂]ⁿ=k'[O₂]ⁿ; k'=k[C]^m

2. Влияние давления на скорость химической реакции

Давление сильно влияет на скорость реакций с участием газов, потому что оно непосредственно определяет их концентрации.

В уравнении Менделеева-Клапейрона:

pV = nRT

перенесем V в правую часть, , а RT - в левую и учтем, что n/V = c:

p/RT = c

Давление и молярная концентрация газа связаны прямо пропорционально. Поэтому в закон действующих масс мы можем подставлять вместо концентрации p/RT.

Дополнительный материал

Цепные реакции включают в свой механизм множество последовательно повторяющихся однотипных элементарных актов (цепь).

Рассмотрим реакцию:

H₂ + Cl₂ = 2HCl

Она состоит из следующих стадий, общих для всех цепных реакций:

1) Инициирование, или зарождение цепи

Cl₂ = 2Cl

Распад молекулы хлора на атомы (радикалы) происходит при УФ-облучении или при нагревании. Сущность стадии инициирования - образование активных, реакционноспособных частиц.

2) Развитие цепи

Cl+H₂ =HCl+H

H· + Cl₂ = HCl + Cl

В результате каждого элементарного акта развития цепи образуется новый радикал хлора, и эта стадия повторяется вновь и вновь, теоретически - до полного расходования реагентов.

3) Рекомбинация, или обрыв цепи

2Cl·=Cl₂

2H·=H₂

H· + Cl· = HCl

Радикалы, оказавшиеся рядом, могут рекомбинировать, образуя устойчивую частицу (молекулу). Избыток энергии они отдают "третьей частице" - например, стенкам сосуда или молекулам примесей.

Рассматриваемая цепная реакция является неразветвленной, поскольку в элементарном акте развития цепи количество радикалов не возрастает. Цепная реакция взаимодействия водорода с кислородом является разветвленной, т.к. число радикалов в элементарном акте развития цепи увеличивается:

H·+O₂ =OH·+O

O·+H₂ =OH·+H

OH· + H₂ = H₂O + H

К разветвленным цепным реакциям относятся многие реакции горения. Неконтролируемый рост числа свободных радикалов (как в результате разветвления цепи, так и для неразветвленных реакций в случае слишком быстрого инициирования) может привести к сильному ускорению реакции и взрыву.

Казалось бы, чем больше давление, тем выше концентрация радикалов и вероятнее взрыв. Но на самом деле для реакции водорода с кислородом взрыв возможен лишь в определенных областях давления: от 1 до 100 мм рт.ст. и выше 1000 мм рт.ст. Это следует из механизма реакции. При малом давлении большая часть образующихся радикалов рекомбинирует на стенках сосуда, и реакция идет медленно. При повышении давления до 1 мм рт.ст. радикалы реже достигают стенок, т.к. чаще вступают в реакции с молекулами. В этих реакциях радикалы размножаются, и происходит взрыв. Однако при давлении выше 100 мм рт. ст. концентрации веществ настолько возрастают, что начинается рекомбинация радикалов в результате тройных соударений (например, с молекулой воды), и реакция протекает спокойно, без взрыва (стационарное течение). Выше 1000 мм рт. ст. концентрации становятся очень велики, и даже тройных соударений оказывается недостаточно, чтобы предотвратить размножение радикалов.

Вам известна цепная разветвленная реакция деления урана-235, в каждом элементарном акте которой захватывается 1 нейтрон (играющий роль радикала) и испускается до 3 нейтронов. В зависимости от условий (например, от концентрации поглотителей нейтронов) для нее также возможно стационарное течение или взрыв. Это еще один пример корреляции кинетики химических и ядерных процессов.

3. Влияние температуры на скорость химической реакции

Самый простой способ изменить скорость реакции - изменить температуру. Как вам, должно быть, известно из курса физики, температура - это мера средней кинетической энергии движения частиц вещества. Если мы повышаем температуру, то частицы любого вещества начинают двигаться быстрее, а следовательно, сталкиваться чаще.

Однако при повышении температуры скорость химических реакций увеличивается в основном благодаря тому, что увеличивается число эффективных соударений. При повышении температуры резко увеличивается число активных частиц, которые могут преодолеть энергетический барьер реакции. Если понижаем температуру - частицы начинают двигаться медленнее, число активных частиц уменьшается, и количество эффективных соударений в секунду уменьшается. Таким образом, при повышении температуры скорость химической реакции повышается, а при понижении температуры -- уменьшается.

Обратите внимание!

Это правило работает одинаково для всех химических реакций (в том числе для экзотермических и эндотермических). Скорость реакции не зависит от теплового эффекта. Скорость экзотермических реакций при повышении температуры возрастает, а при понижении температуры - уменьшается. Скорость эндотермических реакций также возрастает при повышении температуры, и уменьшается при понижении температуры.

Более того, еще в XIX веке голландский физик Вант-Гофф экспериментально установил, что скорость большинства реакций примерно одинаково изменяется (примерно в 2-4 раза) при изменении температуры на 10^оС.

Правило Вант-Гоффа звучит так: повышение температуры на 10^оС приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции г).

Точное значение температурного коэффициента определяется для каждой реакции.

здесь v₂ -- скорость реакции при температуре T₂,

v₁ -- скорость реакции при температуре T₁,

г -- температурный коэффициент скорости реакции, коэффициент Вант-Гоффа.

В некоторых ситуациях повысить скорость реакции с помощью температуры не всегда удается, т.к. некоторые вещества разлагаются при повышении температуры, некоторые вещества или растворители испаряются при повышенной температуре, т.е. нарушаются условия проведения процесса.

Заключение

Реакции, требующие заметной энергии активации для своего потока, начинаются с разрыва или ослабления связей между атомами в молекулах исходных материалов. В этом случае вещества переходят в нестабильное промежуточное состояние, характеризующееся большим запасом энергии. Это состояние называется активированным комплексом. Для его образования необходима энергия активации. Нестабильный активированный комплекс существует в течение очень короткого времени. Разлагается с образованием продуктов реакции; пока энергия высвобождается.

Список литературы

1. Химическая кинетика. Скорость химических реакций. [Электронной ресурс]. - Режим доступа: https://chemege.ru/kinetika/.- Заглавие с экрана. -(Дата обращения: 12.11.21).

2. Скорость химических реакций. [Электронной ресурс]. - Режим доступа: https://referatbank.ru/referat/preview/31077/referat-skorost-himicheskih-reakciy.html.- Заглавие с экрана. - (Дата обращения: 12.11.21).

3. Реферат. Скорость химических реакций. [Электронной ресурс]. - Режим доступа: http://www.referatmix.ru/referats/107/referatmix_98631.htm.- Заглавие с экрана. - (Дата обращения: 12.11.21).

Размещено на Allbest.ru