Химическая кинетика

Одним из основных параметров химических процессов, осуществляемых в промышленности, является скорость, с которой эти процессы протекают. Иногда способ химической переработки сырья может быть простым, термодинамически принципиально возможным, однако время, необходимое для получения продукта, оказывается весьма значительным. Поэтому такой процесс не будет рентабельным и его нельзя применить в промышленности.

Химическая кинетика – раздел химии, в котором изучаются скорости и механизмы химических реакций.

В зависимости от агрегатного состояния веществ, реакции бывают гомогенными и гетерогенными.

Гомогенная реакция – это реакция, протекающая с участием веществ, находящихся в одинаковом агрегатном состоянии.

Например:

Гетерогенная реакция – это реакция, протекающая с участием веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях или же любая реакция, протекающая на поверхности твердого катализатора.

Например: ; .

Если реакция протекает в гомогенной системе, то она идет во всем объеме этой системы, если в гетерогенной – то только на поверхности раздела фаз, образующих данную систему.

В связи с этим скорость гомогенной реакции и скорость гетерогенной реакции определяются различно.

Скорость химической реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени в единице объема системы (для гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

(26)

(27)

где – изменение числа моль исходного вещества или продукта реакции за интервал времени ; V – объем гомогенной системы; S – площадь поверхности раздела фаз для гетерогенной системы; ∆C – изменение концентрации .

Знак «–» перед дробью относится к концентрации исходных веществ, т.к. в этом случае или ∆С < 0 (исходные вещества расходуются в ходе реакции); знак «+» – к концентрации продуктов реакции, т.к. их количество увеличивается в ходе реакции ( или ∆С > 0).

Различают два вида скоростей:

1) средняя скорость реакции ( ) – это скорость реакции за данный промежуток времени ∆t:

(28)

где и - молярная концентрациия любого участника реакции в моменты времени и соответственно.

2) истинная (мгновенная) скорость – это бесконечно масое изменение концентрации за бесконечно малый отрезок времени:

(29)

Скорость химических реакций зависит от многих факторов: концентрации реагентов; температуры; катализаторов; давления; степени измельчения (для твердых веществ) и др. Рассмотрим влияние некоторых факторов.