Презентация Кинетика химических реакций. (Лекция 12) онлайн

Содержание слайда: Кинетика химических реакций Химическая кинетика – это учение о химическом процессе, его механизме и закономерностях протекания во времени. Химическая кинетика устанавливает: временные закономерности протекания химических реакций; связь между скоростью реакции и условиями ее проведения; выявляет факторы, влияющие на скорость и направление химических реакций. Важнейшей задачей химической кинетики является выяснение механизма химических превращений, взаимосвязи между скоростью химической реакции и строением молекул реагирующих веществ; изучение элементарных реакций с участием активных частиц: свободных атомов и радикалов, ионов и ион – радикалов, возбужденных молекул и др.

Содержание слайда: Основоположники химической кинетики Якоб Хендрик Вант-Гофф (нидерл. Jacobus Henricus (Henry) van 't Hoff; 1852, — 1911, Роттердам) — голландский химик, первый лауреат Нобелевской премии по химии (1901 год)

Содержание слайда: Э́ЙРИНГ (Eyring) Генри (1901-1981), американский физикохимик. Область изучения - квантовая химиия и химическая кинетика. Один из создателей теории абсолютных скоростей реакций. Ввел в химию термин «активированный комплекс». Э́ЙРИНГ (Eyring) Генри (1901-1981), американский физикохимик. Область изучения - квантовая химиия и химическая кинетика. Один из создателей теории абсолютных скоростей реакций. Ввел в химию термин «активированный комплекс».

Содержание слайда: Введение в кинетику Стехиометрия. Химическую реакцию принято записывать в форме стехиометрического уравнения. Последнее представляет собой простейшее отношение числа молекул реагентов и продуктов и является количественным соотношением между исходными реагентами и продуктами. Нельзя считать, что стехиометрическое уравнение обязательно отражает механизм молекулярного процесса между реагентами. Стехиометрическое уравнение для производства аммиака по Габеру имеет вид:   N2 + 3H2 =2NH3   но это вовсе не означает, что три молекулы водорода и одна азота, одновременно сталкиваясь, дают две молекулы аммиака.

Содержание слайда: Молекулярность Молекулярность Число молекул реагентов, участвующих в простой реакции, состоящей из одного элементарного акта, называется молекулярностью. Большинство элементарных реакций имеет молекулярность один или два, хотя некоторые реакции происходят путем одновременного столкновения трех молекул и, в очень редких случаях, в растворах, молекулярность равна четырем. Применение термина молекулярность не ограничивается процессами с участием стабильных молекул, но распространяется и на реакции атомов, свободных радикалов и ионов. Термин молекулярность предназначен исключительно для описания процессов, происходящих в одну элементарную стадию. Если реакция — сложная, установление молекулярности необходимо для каждой элементарной стадии.

Содержание слайда:     СН2 СН2 СН2

Содержание слайда: Кинетическое уравнение Рассмотрим химическую реакцию разложения реагента A на два продукта В и С: А В + С В процессе реакции концентрация реагента А уменьшается, а продуктов В и С — возрастает. Скорость реакции в момент времени t задается тангенсом угла наклона кривой.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Кинетические методы обработки экспериментальных данных Кинетические методы обработки экспериментальных данных

Содержание слайда: Порядок реакции Порядок реакции Если зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ записывается в виде , то величины ni (i=1, 2, …, l) принято называть порядком реакции относительно вещества Ai Порядок реакции есть сумма показателей степени n1 + n2 + n3 + …, где порядок относительно реагента A1—n1,относительно A2—n2, относительно A3— n3 и т. д. А В + С Если для приведенной выше реакции экспериментально найдено, что скорость пропорциональна концентрации реагента А, реакция называется реакцией первого порядка, так как

Содержание слайда: Если скорость пропорциональна квадрату концентрации реагента А, реакция называется реакцией второго порядка, так как Если скорость пропорциональна квадрату концентрации реагента А, реакция называется реакцией второго порядка, так как

Содержание слайда: Константа скорости Константа скорости Константа скорости химического процесса – это множитель в кинетическом уравнении, показывающий, с какой скоростью идет химический процесс при концентрациях реагирующих веществ, равных единице. Единицы измерения константы скорости зависят от порядка реакции. Так для реакций первого порядка константа скорости измеряется в единицах [время]-1. Для реакции второго порядка - [концентрация]-1·[время]-1, например дм3•моль-1•с-1. В общем случае константа скорости реакции n-го порядка измеряется в единицах [концентрация]1-n·[время]-1. Следовательно, для реакции нулевого порядка типичная размерность моль•дм-3•с-1, для реакции третьего порядка — дм6•моль-2•с-1. Константы скорости реакций разных порядков являются разными физическими величинами и сопоставление их абсолютных значений не имеет смысла.

Содержание слайда: Дифференциальные кинетические уравнения Дифференциальные кинетические уравнения

Содержание слайда: Некоторые простые кинетические уравнения приведены в таблице: Некоторые простые кинетические уравнения приведены в таблице:

Содержание слайда: Кинетические уравнения первого порядка Кинетические уравнения первого порядка Рассмотрим реакцию: А Продукты. Пусть а — начальная концентрация реагента А; x —уменьшение ее за время t. Тогда концентрация А в момент t равна а —х. Выражение для скорости реакции примет вид

Содержание слайда: Интегрированием последнего уравнения получаем: Интегрированием последнего уравнения получаем:

Содержание слайда: Метод подстановки Метод подстановки Зная значения а – х, то есть текущие концентрации реагента А в разные моменты времени t, полученные величины подставляют в уравнение (3) или (4) и определяют среднее значение константы скорости. Графический метод Из уравнения (4) видно, что для реакции первого порядка зависимость

Содержание слайда:

Содержание слайда: Кинетические уравнения второго порядка Кинетические уравнения второго порядка Рассмотрим реакцию: А + В Продукты. Пусть начальные концентрации реагентов А и В равны cоответственно а и b. Пусть х — уменьшение концентраций реагентов А и В за время t. Тогда в момент t концентрации A и В равны а —х и b —х. Кинетическое уравнение

Содержание слайда:

Содержание слайда: Метод подстановки Метод подстановки Константу скорости рассчитывают путем подстановки экспериментальных значений а - х и b - х, установленных в разные моменты t, в уравнение (6). Если получаемые при этом значения k постоянны в пределах ошибки эксперимента, то принимают, что реакция подчиняется кинетическому уравнению второго порядка.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Кинетические уравнения третьего порядка Кинетические уравнения третьего порядка Рассмотрим в общем виде реакцию третьего порядка А + В + С Продукты. Если a, b я с — начальные концентрации реагентов А, В и С соответственно их — уменьшение этих концентраций за время t, то дифференциальное кинетическое уравнение третьего порядка имеет вид

Содержание слайда: Подстановка const в уравнение (8) дает

Содержание слайда: Кинетика сложных реакций Кинетика сложных реакций Большинство реакций являются сложными и состоят из нескольких элементарных стадий при этом все многообразие сложных реакций можно свести к комбинации нескольких типов простейших сложных реакций, а именно двусторонних (обратимых), параллельных и последовательных реакций. Двусторонние (обратимые) реакции Рассмотрим обратимую реакцию первого порядка k1 A B , k -1 где k1 и k -1 — константы скорости соответственно прямой и обратной реакций.

Содержание слайда: Пусть а — начальная концентрация реагента А, х — уменьшение концентрации А за время t и хе—уменьшение концентрации А при достижении равновесия. Тогда концентрации реагентов А и В составляют: Пусть а — начальная концентрация реагента А, х — уменьшение концентрации А за время t и хе—уменьшение концентрации А при достижении равновесия. Тогда концентрации реагентов А и В составляют:

Содержание слайда: Интегрирование кинетического уравнения (10) при начальных условиях СА=СА,0 и t=0 приводит к следующему выражению Интегрирование кинетического уравнения (10) при начальных условиях СА=СА,0 и t=0 приводит к следующему выражению

Содержание слайда: Определив из экспериментальных данных равновесные значения Определив из экспериментальных данных равновесные значения можно вычислить константу равновесия

Содержание слайда: Последовательные реакции Последовательные реакции Рассмотрим две последовательные реакции первого порядка:

Содержание слайда: Интегрированием уравнения (11) при начальных условиях СА=СА,0 и t=0 получают зависимость изменения концентрации исходного реагента А во времени Интегрированием уравнения (11) при начальных условиях СА=СА,0 и t=0 получают зависимость изменения концентрации исходного реагента А во времени

Содержание слайда: При интегрировании полученного дифференциального уравнения при начальных условиях: СР=0, СА=СА,0 и t=0, получают зависимость накопления промежуточного продукта Р во времени: При интегрировании полученного дифференциального уравнения при начальных условиях: СР=0, СА=СА,0 и t=0, получают зависимость накопления промежуточного продукта Р во времени:

Содержание слайда: Параллельные реакции Параллельные реакции Рассмотрим две параллельные реакции первого порядка, в которых вещество А одновременно превращается по двум направлениям:

Содержание слайда: Дифференциальные уравнения для продуктов В1 и В2 имеют следующий вид: Дифференциальные уравнения для продуктов В1 и В2 имеют следующий вид:

Содержание слайда: Таким образом, для химического процесса, протекающего по схеме параллельных реакций, соотношения концентраций продуктов реакции СВ1 и СВ2 в любой момент времени постоянно и равно k1/k2. Доля продукта В1 в продуктах реакции определяется величиной k1/(k1+k2). Таким образом, для химического процесса, протекающего по схеме параллельных реакций, соотношения концентраций продуктов реакции СВ1 и СВ2 в любой момент времени постоянно и равно k1/k2. Доля продукта В1 в продуктах реакции определяется величиной k1/(k1+k2).