Презентация Распределение молекул в системе по энергиям при разных температурах онлайн

Содержание слайда: Распределение молекул в системе по энергиям при разных температурах (Т2 > Т1) распределение Максвелла-Больцмана: N – общее число частиц, Na – число активных частиц, - доля активных частиц с ↑T растет доля активных молекул

Содержание слайда: Уравнение Аррениуса в логарифмическом виде lnk = lnk0 – Еа/RT или lgk = lgk 0 – Еа/2,3RT Прямая линия в координатах lnk от 1/Т, tg = - Еа/R

Содержание слайда: Приведем уравнение Аррениуса для двух температур (Т1 и Т2): lnk1 = lnk0 – Еа/RT1 lgk1 = lgk0 – Eа/2,3RT1 lnk2 = lnk0 – Еа/RT2 lgk2 = lgk0 – Eа/2,3RT2 Вычитая из второго уравнения первое, получим: Если концентрации веществ постоянны, то: Энергию активации можно рассчитать по формуле:

Содержание слайда: Уравнение Аррениуса в дифференциальной форме: Ea /(RT2) > 0 k возрастает с ↑Т

Содержание слайда: Связь энергии активации с тепловым эффектом реакции Обратимые химические реакции протекают в прямом и обратном направлении А+В ↔ АВ для прямой реакции: для обратной реакции: Вычитая из первого уравнения второе, получим:

Содержание слайда: Заменим (Константа равновесия) Заменим (Константа равновесия) Получим Запишем изобару Вант-Гоффа Следовательно связь термодинамических и кинетических параметров: Разность между энергиями активации прямой и обратной реакции равна её тепловому эффекту ∆rH

Содержание слайда: Энергетические диаграммы реакций Обратимая реакция А ↔ В а) ΔrН >0 (эндотермическая) б) ΔrН <0 (экзотермическая)

Содержание слайда: Катализ Явление изменения скорости реакции под воздействием катализаторов называется катализом Положительный катализ – процесс, ускоряющий реакцию Отрицательный катализ – процесс, замедляющий реакцию Гомогенный катализ – катализатор и все реагенты находятся в одной фазе H2O2 H2O + 1/2O2 (H+, OH- активные kt) Гетерогенный катализ – реакция идет на поверхности катализатора, образующего самостоятельную фазу H2O2 H2O + 1/2O2

Содержание слайда: Катализатор в небольших количествах резко ускоряет процесс участвует в образовании промежуточных нестойких соединений, а в конце выделяется в химически неизменном виде. обладает селективностью С2Н4 + Н2О С2Н5ОН С2Н5ОС2Н5+ Н2О СН3СНО + Н2 Не влияют на термодинамику реакции, т.е. не изменяет rН и rG: rG0некат = rG0кат rG0 = -RTlnKp  не влияет на Kp, только ускоряет достижение хим. равновесия, т.к. в одинаковое число раз изменяет скорости прямой и обратной реакций (К = kпрям /kобр)

Содержание слайда: Катализатор уменьшает полную энергию активации процесса, Еа > Еа,к

Содержание слайда: Каталитическая реакция с образованием двух активированных комплексов

Содержание слайда: Механизм гомогенного катализа: катализатор образует с реагентами промежуточное соединение, разложение которого является лимитирующей стадией процесса. Газофазный 2СО + О2 2СО2 Жидкофазный H2O2 -----→ H2O + 1/2O2 кислотно-основный катализ (kt Н+ и ОН-) гидролиз эфиров: RCООR + Н2О RСООН + RОН Кислотный катализ широко применяется в органической химии. Гомогенный катализ характеризуется высокими скоростями реакций (скорость пропорциональна Сkt ), дешевизной и доступностью катализаторов. kt: Н2О; Си2+; Рd 2+;Fe 2+; кислоты; растворители и др. Но трудно выделить из гомогенной смеси продукты реакции.

Содержание слайда: Ферментативный катализ ферменты (микрогетерогенные катализаторы) – полимерные белки или комплексы белков с низкомолекулярными соединениями Образование комплекса: активный центр фермента-реагент по типу «замок-ключ». Высокие активность и селективность. Крахмал→глюкоза. Гидролиз эфиров. Расщепление белков

Содержание слайда: Гетерогенный катализ

Содержание слайда: Теория гетерогенного катализа В результате адсорбции на поверхности катализатора ослабляются или разрываются химические связи в молекулах реагентов. Необходимо геометрическое соответствие между параметрами кристаллической решетки катализатора и длинами химических связей реагентов и продуктов реакции Например, теория мультиплетов позволила связать каталитическую активность металлов с величиной их атомного радиуса: дегидрирование предельных одноатомных спиртов происходит на дублете, а дегидрирование циклогексана – на секстете Оптимальное соотношение между энергиями хим. связей реагентов и продуктов реакции и энергией адсорбции. Активные центры - участки, на которых обеспечиваются оптимальные условия реакции. Число активных центров определяется составом поверхностного слоя, способом приготовления катализатора и обработки его поверхности

Содержание слайда: Особенности гетерогенного катализа: Действие kt зависит от способа получения kt: акт Cu(NO3)2 to Cu + 2NO2 + O2 Cu-kt неакт. Cu(NO3) 2 электролиз Cu + O2 +HNO3 Действие kt зависит от присутствия активаторов (промоторов) K2O, Al2O3 – для Fe-kt : N2 + 3H2 → 2NH3 К2SO4 – для V2O5-kt : 2SO2 + O2 → 2SO3 Се для Ni - kt : СО + Н2  → СН4 + Н2О каталитические яды уменьшают активность kt H2S, O2 – для Fe-kt : N2 + 3H2 → 2NH3 HgCl2 , AsH3 – для Pt-kt : H2O2 → H2O + 1/2O2 (Необходимость очистки катализатора) Скорость реакции зависит от величины удельной поверхности kt

Содержание слайда: Гетерогенные катализаторы К наиболее распространенным промышленным катализаторам относятся Рt, Pd, Ph, Fе, Ni, СuО, RuO2, V2О5, NiО, Fe2O3, ZnО, SiО2, Cr2О3, Al2О3, AlCl3, Аg2О,WO3, алюмосиликаты, цеолиты, комплексы и кластеры металлов. Обычно применяют тонкоизмельченные порошки, пористые структуры с высокоразвитой поверхностью, в том числе пористые носители с нанесенным тонким слоем катализатора, кластерного соединения или безлигандных ультрадисперсных металлических частиц (наночастиц). Расширение каталитических процессов и улучшение катализаторов обеспечивает экономию энергии и сырья. В дальнейшем применение катализаторов поможет также в создании экологически чистых малоотходных технологий. Большое значение имеет решение задачи увеличения срока службы катализаторов, которые с течением времени могут изменять химический и фазовый состав и дисперсность.