ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Основные понятия

Химическая кинетика изучает скорость и механизм протекания химических реакций, а также влияющие на них факторы. Термодинамические расчёты позволяют установить принципиальную возможность самопроизвольного протекания химической реакции и степень превращения исходных веществ. Для характеристики реакционной способности химической системы кроме термодинамического критерия необходим кинетический критерий – скорость химической реакции.

Под скоростью реакции v понимают изменение количества вещества ν в единице объёма V в единицу времени τ или изменение молярной концентрации с в единицу времени

v = ±Δ ν /V∙Δ τ = ±Δ с/ Δ τ (84)

Скорость реакции всегда положительна. Однако при протекании реакции концентрации исходных веществ понижаются (Δ с < 0), а продуктов реакции возрастают (Δ с > 0).

Выражение (84) справедливо для средней скорости за промежуток времени Δτ. Если взять бесконечно малый промежуток времени dτ, то получится выражение для мгновенной скорости в любой конкретный момент времени

v == ± dс/ dτ (85).

Скорость реакции определяют в моль/(дм³·время).

Экспериментальные исследования показали, что скорость реакции зависит от многих факторов:

1. природы реагентов. Например, взаимодействие между электролитами протекает практически мгновенно в отличие от взаимодействия молекул с ковалентными связями;

2. концентрации реагирующих веществ – скорость реакции закономерно возрастает с увеличением концентрации;

3. температуры – скорость большинства реакций увеличивается с повышением температуры;

4. физического состояния вещества. Скорость гетерогенных реакций существенно зависит от площади поверхности, на которой они протекают. Поэтому увеличение площади поверхности твёрдого вещества за счёт измельчения приводит к значительному росту скорости реакции;

5. влияние катализаторов. Вещества, которые не расходуются в результате протекания химического процесса, но влияющие на его скорость, называются катализаторами. Вводимые в реакционную систему в небольших количествах, они значительно изменяют скорость реакции и выделяются в конце реакции в химически неизменно виде;

6. влияние инициаторов. Имеется большая группа химических реакций – окисление молекулярным кислородом, галогенирование органических соединений, крекинг углеводородов, процессы полимеризации и т.д., которые начинаются в присутствии инициаторов. Инициаторами называют вещества, которые легко распадаются на активные частицы (радикалы, свободные атомы, возбуждённые молекулы и др.). В качестве инициаторов используют пары металлического натрия, некоторые перекисные и азосоединения. Реакции, протекающие с участием активных частиц, называются цепными;

7. влияние электромагнитного излучения. Реакции, протекающие под влиянием излучения ультрафиолетового или видимого участка спектра, называются фотохимическими. При поглощении кванта света молекулы возбуждаются и становятся реакционноспособными. К фотохимическим реакциям относятся фотосинтез, фотографический процесс, выцветание красок и др.

Рассмотрим основные факторы, влияющие на скорость реакции, более подробно.