Kivonat a kémiai kinetika - a bank kivonatok, esszék, beszámolók, dolgozatok, disszertációk
Kémiai kinetika - Fizikai Kémia szakasz, amely megvizsgálja a különböző tényezők hatását a sebesség és a kémiai reakció mechanizmusokat.
Kémiai reakció mechanizmusa megérteni azokat közbenső reakciók, amelyek előfordulnak a különböző kiindulási anyagok a termékek.
Az alapgondolat a koncepció a kémiai kinetika a kémiai reakció sebessége. Attól függően, hogy a rendszer, amelyben a reakció lejátszódik, a meghatározása „reakciósebesség” némileg eltérő.
A homogén kémiai reakciók nevezik reakciókban, amelyekben a reagensek azonos fázisban. Ez lehet egy reakció között gáz-halmazállapotú anyagok vagy reakciók vizes oldatokban. Az ilyen reakciók átlagos sebesség (egyenlő a változás a koncentráció bármely reagensek egységnyi idő)
Pillanatnyi vagy valódi kémiai reakció sebessége
A mínusz jel a jobb oldali csökkenését mutatja a koncentráció a kiindulási anyag. Ennélfogva, homogén kémiai reakció sebességét az úgynevezett koncentráció kiindulási anyag származékot időt.
Heterogén reakció a reakció, amelyben a reaktánsok különböző fázisokban. Arra utal, hogy a heterogén reakcióelegyet anyagok közötti található különböző állapotait aggregációt.
Sebesség heterogén kémiai reakció minden olyan változás a kiindulási anyag mennyiségétől egységnyi idő egységnyi területe a felület:
Kémiai reakció kinetikai egyenlet egy matematikai képlet kapcsolatos hogy a reakció sebesség anyagok koncentrációi. Ez az egyenlet állapítható meg egyedül kísérletben.
Attól függően, hogy a mechanizmus az összes kémiai reakciók minősülnek egyszerű (elemi) és összetett. Egyszerűen említett reakciókat egyetlen lépésben miatt az ütközés molekulák egyidejűleg feljegyeztük a bal oldalon az egyenlet. Egy egyszerű reakció részt egyedül, vagy két, hogy rendkívül ritka, három molekula. Ezért, az egyszerű reakció sorolják monomolekuláris, bimolekuláris és trimolekuláris reakciót. Mivel szemszögéből valószínűségszámítás egyidejű ütközés négy vagy több molekula nem valószínű reakció magasabb, mint három molekularitás nem fordulhat elő. Egyszerű reakciók, kinetikus egyenletek viszonylag egyszerű. Például, a reakciót H2 + I2 = 2 HI kinetikai egyenlet
= k # 8729; C (I2) # 8729; C (H2).
Komplex a reakciók több lépésben, minden lépést kapcsolódik. Ezért, a kinetikus egyenlet komplex reakciók nehézkesebb, mint az egyszerű reakció. Például, egy komplex reakciótermék H2 + Br2 = 2 HBr ismert
A komplexitás a kinetikai egyenlet közvetlenül kapcsolódik a komplexitás a reakció mechanizmusát.
Az alapvető törvénye kémiai kinetika posztulátum áramlik nagyszámú kísérleti adatok, és expresszáltatjuk a koncentráció függését a reakció sebességét. Ez a törvény az úgynevezett tömeghatás törvénye. Azt állítja, hogy az arány a kémiai reakció az egyes időpontokban koncentrációjával arányos a reaktánsok, emelt a bizonyos fokú.
Ha a kémiai reakció egyenletnek formájában
egy A + B B + d D → termékek
a képlet a tömeghatás törvénye fejezhető
Ebben az egyenletben K - sebességi állandója a kémiai reakció - a legfontosabb jellemző a reakció nem függ a koncentrációtól és a hőmérséklettől függ. A állandó sebességgel kémiai reakció reakció sebességét, ha a koncentráció az összes anyag egyenlő 1 mol / l. A kitevők n1, n2, n3 úgynevezett privát kémiai reakció a anyagok A, B és D. egyszerű reakciók magántulajdonban - kis egész számok nullától háromig. Mert nehéz reakciók magánközegben lehet szó tört és negatív számokat. Összeg magántulajdonban úgynevezett a sorrendben a kémiai reakció, n = n1 + n2 + n3. Így egy kémiai reakció az úgynevezett érdekében összeget mutatók koncentrációk fok a kinetikus egyenlet.
Kinetic besorolása egyszerű homogén kémiai reakciók
Szemszögéből a kémiai reakció kinetikája az egyszerű kémiai reakciók sorolják nulladik, első, második és harmadik megrendeléseket. nulla rendű reakciók rendkívül ritkák. Annak érdekében, hogy a reakció lefutása a nulladrendű szükséges sajátos feltételei annak megvalósítását. Például, a bomlási reakció a nitrogén-oxid (5+) N2O5 → N2O4 + ½ O2 végbe, mint egy nulladrendű reakciót csak abban az esetben a szilárd anyag a nitrogén-oxid (5+).
Ha vett oxid gáz, a reakció, mint egy elsőrendű reakció.
Ugyanakkor el kell mondani, hogy van egy nagy számú reakciók, amelyek az adott sorrendben bármely anyag értéke nulla. Általában ezt a reakciót, amelyben az anyag hozott nagy feleslegben, mint a többi reagensből. Például, a hidrolízises reakciókban szacharóz
S12N22O11 + H2O → C6H12O6 + S6N12O
Szacharóz glükóz fruktóz
adott sorrendben a reakció a víz nulla.
A leggyakoribb reakció az első és másodrendű. harmadrendű reakciók kicsi.
Vegyünk például egy matematikai leírását a kémiai reakció kinetikája elsőrendű. Mi megoldjuk ilyen reakció kinetikai egyenlet
Mi választja el a változók dc = - KDT. integrálása után
ln C = - kt + const.
Azt találjuk, az állandó az integráció, mivel a kezdeti állapotban t = 0 időpontban a kezdeti koncentráció a C = C0. Ezért const = ln C0 és
ln C = ln C0 - kt,
ln C - ln C0 = - kt,
Ez a szerves reakciókinetikai egyenlete az elsőrendű.
Egy fontos jellemzője a kinetikus reakcióidő tetszőleges sorrendben poluprevrascheniyaτЅ. A fél-idő az az időtartam, amely alatt reagál a fele a kezdeti mennyisége az anyag. Találunk egy kifejezés a felezési idő elsőrendű reakció. A t = τЅ C = C0 / 2. ezért
ln = ln = - kt,
Az eredmények a megoldására eltérés kinetikus egyenletek a reakciók minden megbízások egy táblázatot (Táblázat. 2). Az adatok ebben a táblázatban található az esetben, amikor az összes reaktív anyagok azonos kezdeti koncentráció.
Táblázat - kinetikai jellemzői egyszerű homogén reakciók
Az, hogy a kémiai reakció
Meghatározására szolgáló módszerek a sorrendben a reakció
Annak megállapításához, a sorrendben a kémiai reakciók differenciális és integrális módszerek. Differenciál a módszerek eltérés kinetikai egyenlet. Az, hogy a reakció ezekkel a módszerekkel számítjuk, és képviseli, mint egy számot. Ebben az esetben, mivel a módszer azon alapul, a kinetikus kísérlet számítás eredménye tartalmaz egy bizonyos hiba.
Adjunk egy példát, egy differenciál módon, hogy meghatározzuk a sorrendben reakció
A differenciális E reakció kinetikai egyenlet az űrlap
A probléma meghatározása érdekében a reakció csökken meghatározására n1 és n2 részleges megrendelések n = n1 + n2. Annak megállapításához, a sorrendben az egyes kísérletet elkülönítve végezzük. Az előbbi állandó maradjon az anyag koncentrációja az A és a változás az anyag koncentrációja a második - éppen ellenkezőleg.
Mindegyik kísérletben, a koncentráció a csak egyetlen sebességét befolyásolja:
Amennyiben kB = k # 8729; és kA = K # 8729; . Miután logaritmálás megkapjuk
ln W1 = ln kB + n2 # 8729; lnCB,
ln W2 = ln kA + n1 # 8729; lnCA.
A kísérleti adatokat ábrázoltuk koordinátákat ln W - ln C, megkapjuk az egyenletek két vonal, amelyben az együtthatók az érvek a szükséges privát.
Integral ellenőrzési módszereket alapul függőség már ismert szerves (fület.). Az, hogy a reakció nem számított, és alapjául a kimenet a végrehajtás vagy nem változó függőség.
A legfontosabb két szerves meghatározására szolgáló eljárás a sorrendben a reakció.
A grafikus módszer abból áll, találni egy lineáris függvény F (C) - t, és összehasonlítja lehetővé függőségek a reakciók a különböző megrendelések. Ismeretes, hogy a reakciók a különböző megbízások a különböző funkciók a koncentráció lineáris idő-függő.
Ezek a kinetikai kísérletben (koncentrációja különböző időpontokban) formájában vannak grafikonok különböző koordinátákat (ábra. 3). Azok a koordinátákat, amelyek a kapcsolat több, mint egy lineáris és megfelelnek a valós sorrendben a reakciót.
helyettesítési módszer abban áll, ellenőrzésére kifejezéseket a sebességi állandóit reakciók különböző rendű (táblázat. 2). A kinetikai adatokat a kísérletet különböző időpontokban az egyik képletek számított érték k. Ha a számított értékek világosan mutatják, hogy a reakció sebességi állandója független az időtől, úgy véli, hogy a képlet megfelel a tényleges sorrendben a reakciót. Ellenkező esetben (ha van olyan növekedést vagy csökkenést sebességi állandó, amikor a változó idő) van kiválasztva, az alábbi képlet és a számítás megismételjük.
A hőmérséklet hatása a kémiai reakciók sebességének
Ismeretes, hogy az arány a legtöbb kémiai reakciók a hőmérséklettel növekszik. Mennyiségileg, a hőmérséklet hatása a reakció sebességét lehet becsülni két módon.
A reakciókat megoldások fordulnak elő viszonylag alacsony hőmérsékleten, lehet használni van't Hoff szabály:
Amikor a hőmérséklet emelkedik minden 10 ° C-on a reakció sebessége nőtt 2-4 alkalommal.
Pontosabban és tudományosan a hőmérséklet hatását a reakció sebessége elmélet leírja aktív ütközés bázisok, melyek által javasolt a svéd tudós S. Arrhenius. Ennek lényege, hogy az elmélet tükrözi a három állása van:
Annak érdekében, hogy reagáljon, molekulák a reagensek szembe kell néznie.
A részecske ütközés ténylegesen vezetett kémiai konverziós, a felesleges energiát az ütköző molekulák meg kell haladnia az aktiválási energia (Ea), azaz reaktáns molekulák kell leküzdeni egy potenciális akadályt.
Aktiválási energiája egy kémiai reakció, az úgynevezett fölös energiát, ami kell idején ütközés a molekula reagálni.
A molekulák, amelyek a felesleges energia nagyobb, mint az aktiválási energia, úgynevezett aktív molekulák. Attól függően, hogy a frakció aktív molekulák, a reakció sebessége lehet több vagy kevesebb. A függőség a reakció sebességi állandója a hőmérséklet és az aktiválási energia által leírt Arrhenius-egyenlet:
Itt k0 - exponenciális faktor - állandó.
Az egyik probléma a kémiai kinetika a megállapítás k0 és Ea szerinti kísérleti adatok. Példaként vegyük a módszer megtalálására e változók értékeit a reakció
S12N22O11 + H2O → C6H12O6 + S6N12O.
Szacharóz glükóz fruktóz
Azt vizsgálták a fenti reakciót kénsav jelenlétében koncentrációja 1,45 mól / l különböző hőmérsékleteken. Szerint a kísérleti adatokat ábrázoltuk, ln k - 1 / T. Alapján az Arrhenius-egyenlet - egy lineáris összefüggés (4. ábra). Ez egy lineáris egyenlet, és összehasonlítva a logaritmus az Arrhenius-egyenlet
számított az ismeretlen mennyiségek:
Ea = 12064 # 8729; R = 12064 # 8729; 8,314 = 100300 J / mol,
k0 = e36,729 = 8,94 # 8729; 1015.
Rajz - megtaláljuk az Arrhenius-egyenlet együtthatói
Néhány kémiai reakciók, különösen a szerves kémiában, még nagy arányban aktív molekulák maradt jelentéktelen reakció sebességét. Az elmélet az aktív ütközés magyarázza a sajátosságait molekuláris ütközések.
Molecule az ütközés előtt kell irányítani egymáshoz képest egy bizonyos módon.
A kívánt variáns relatív orientációban vezet reakció, különben a kölcsönhatás lép. Tól termodinamika Ismeretes, hogy a funkció jellemző a rendellenesség a rendszerben (molekuláris mozgás), - az entrópia. Szerint a harmadik pozícióban elmélet Arrhenius egyenlet átalakult:
Ebben az egyenletben Sa - aktiválási entrópia a kémiai reakció. Aktiválási entrópia, valamint az aktiválási energia meghatározható kísérleti adatokból.
Catalysis - változás mértéke a kémiai reakciót a jelenlétében nevezett anyagok katalizátorok, érintkezésbe lépő reagensek magukat a végén a reakció maradnak kémiailag változatlan.
Minden nagyobb ipari folyamatok fordulnak elő katalizátorok jelenlétében. A nappali és a növényi rendszerekben vesz hatalmas mennyiségű katalitikus reakciók. Ha ez a növekedés sebessége az intézkedés alapján katalizátor lehet akár millió alkalommal.
Általános tulajdonságai katalitikus reakciók:
Részvétele a katalizátor a reakcióban nem tükröződik a kémiai egyenlet. Azonban, a reakció sebessége arányos a katalizátor mennyiségét.
A katalizátor specifikus hatással. Meg tudja változtatni a sebességét a reakció és nem érinti a többi sebességet.
A katalizátort nem tolódik a kémiai egyensúly, mivel egyformán változik a sebesség mind a közvetlen és a fordított reakciókat.
Egyes anyagok hatásának fokozására a katalizátor (promoter), egyéb - gyengül (mérgek).
Megkülönböztetni a pozitív és negatív katalízis. Pozitív katalízis továbbiakban egyszerűen katalízis, negatív - gátlás.
Katalízis homogén és heterogén. Homogén katalízis figyelhető meg az esetben, ha a katalizátor és a reagensek azonos fázisban. Példák a homogén katalízis reakciók vizes oldatokban jelenlétében savak vagy lúgok.
A heterogén katalízis, a katalizátor és a reagáló szerek különböző fázisokban. A legtöbb a katalitikus reakció játszódik heterogén rendszerek szilárd katalizátorok.
A hatásmechanizmus a katalizátor is tükröződik a következő séma szerint:
1 A + B = AB katalizátor nélkül;
b) AK + B = AB + C katalizátorral.
Látható, hogy a katalizátort először társított egyik anyag egy instabil vegyület, és ezután a második reagens kiszorítja azt ez a vegyület.
A jelenlegi felfogás szerint a katalizátor hatása a vegyi reakciók arányát magyarázza a nagyobb sebességet, hogy a katalizátor csökkenti az aktiválási energia és (vagy) növeli az aktiválási entrópia a kémiai reakció.