Химическая кинетика. Химическое равновесие и способы его смещения

     УО  Гродненский государственный аграрный университет 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

Тема:

«Химическая кинетика. Химическое равновесие и способы его смещения» 
 
 
 

Выполнила студентка 

1 курса  2 группы

Галиевская  Марина 
 
 

Гродно 2011

 

     Раздел  химии, изучающий скорости и механизмы  протекания химических реакций, называется химической кинетикой. Одним из основных в этом разделе является понятие  скорости химической реакции. Одни химические реакции протекают практически  мгновенно (например, реакция нейтрализации  в растворе), другие – в течение  тысячелетий (например, превращение  графита в глину при выветривании горных пород).

     Скорость  гомогенной реакции – это количество вещества, вступающего в реакцию  или образующегося в результате реакции за единицу времени в  единице объема системы: 

Поскольку

     Другими словами, скорость гомогенной реакции  равна изменению молярной концентрации какого-либо из реагирующих веществ  за единицу времени. Скорость реакции  – величина положительная, поэтому  в случае выражения ее через изменение  концентрации продукта реакции ставят знак «+», а при изменении концентрации реагента знак «–».

     Скорость  гетерогенной реакции – это количество вещества, вступающего в реакцию  или образующегося в результате реакции за единицу времени на единице поверхности фазы: 

     Важнейшие факторы, влияющие на скорость химической реакции, – природа и концентрация реагентов, температура, присутствие  катализатора.

     Влияние природы реагентов проявляется  в том, что при одних и тех  же условиях различные вещества взаимодействуют  друг с другом с разной скоростью, например:

 (со взрывом),

 (медленно),

     При увеличении концентрации реагентов  увеличивается число столкновений между частицами, что приводит к  увеличению скорости реакции. Количественно  зависимость скорости реакции от концентрации реагентов выражается з а к о н о м д е  й с т в у ю щ и х  м а с с (К.М.Гульдберг и П.Вааге, 1867 г.; Н.И.Бекетов, 1865 г.). Скорость гомогенной химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна  произведению концентрации реагирующих  веществ в степенях, равных их стехиометрическим  коэффициентам (концентрации твердых  веществ при этом не учитываются), например:

aA + bB cC + dD,

,

где А и В  – газы или жидкости, k – константа  скорости реакции, равная скорости реакции  при концентрации реагентов 1 моль/л. Константа k зависит от свойств реагирующих  веществ и температуры, но не зависит  от концентрации веществ.

     Зависимость скорости реакции от температуры  описывается экспериментальным  п р а в и л о м 

В а н т-Г  о ф ф а (1884 г.). При повышении  температуры на 10°, скорость большинства  химических реакций увеличивается  в 2–4 раза:

,

где – температурный коэффициент.

     Катализатором называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, но не расходующееся  в результате этой реакции. Различают  положительные катализаторы (специфические  и универсальные), отрицательные (ингибиторы) и биологические (ферменты, или энзимы). Изменение скорости реакции в  присутствии катализаторов называется катализом. Различают гомогенный и гетерогенный катализ. Если реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии, катализ является гомогенным; в разных – гетерогенным.

Гомогенный катализ:

,

гетерогенный  катализ:

,

     Механизм  действия катализаторов является очень  сложным и не изученным до конца. Существует гипотеза об образовании  промежуточных соединений между  реагентом и катализатором:

А + кат. [A кат.],

[A кат.] + В АВ + кат.

     Для усиления действия катализаторов применяют  промоторы; существуют также каталитические яды, ослабляющие действие катализаторов.

     На  скорость гетерогенной реакции влияют величина поверхности раздела фаз (степень измельченности вещества) и скорость подвода реагентов  и отвода продуктов реакции от поверхности раздела фаз.

     Все химические реакции делятся на два  типа: обратимые и необратимые.

Необратимыми  называются химические реакции, протекающие  только в одном направлении, т.е. продукты этих реакций не взаимодействуют  друг с другом с образованием исходных веществ. Условия необратимости  реакции – образование осадка, газа или слабого электролита. Например:

,

,

.

     Обратимыми  называются реакции, протекающие одновременно в прямом и обратном направлениях, например:

.

     При протекании обратимой химической реакции  скорость прямой реакции вначале  имеет максимальное значение, а затем  уменьшается вследствие уменьшения концентрации исходных веществ. Обратная реакция, наоборот, в начальный момент времени имеет минимальную скорость, которая постепенно увеличивается. Таким образом, в определенный момент времени наступает состояние  химического равновесия, при котором  скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. Состояние химического  равновесия является динамическим –  продолжают протекать как прямая, так и обратная реакции, но поскольку  скорости их равны, то концентрации всех веществ в реакционной системе  не изменяются. Эти концентрации называются равновесными.

aA + bB cC +dD,

,

.

При равновесии

 б

.

Отсюда 

.

     Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций является постоянной величиной  и называется константой равновесия (Кр). Концентрации твердых веществ  не входят в выражение константы  равновесия. Константа равновесия реакции зависит от температуры и давления, но не зависит от концентрации реагирующих веществ и от присутствия катализатора, который ускоряет ход как прямой, так и обратной реакции. Чем больше Кр, тем выше практический выход продуктов реакции. Если Кр > 1, то в системе преобладают продукты реакции; если Кр < 1, в системе преобладают реагенты.

     Химическое  равновесие является подвижным, т.е. при  изменении внешних условий может  увеличиваться скорость прямой или  обратной реакции. Направление смещения равновесия определяется п р и  н ц и п о м, сформулированным французским ученым Ле Шателье в 1884 г. Если на равновесную систему  оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону  той реакции, которая противодействует этому воздействию. На смещение равновесия влияют изменения концентрации реагентов, температуры и давления.

     Увеличение  концентрации реагентов и вывод  продуктов приводят к смещению равновесия в сторону прямой реакции.

     При нагревании системы равновесие смещается  в сторону эндотермической реакции, при охлаждении – в сторону  экзотермической.

     Для реакций, в которых принимают  участие газообразные вещества, повышение  давления смещает равновесие в сторону  реакции, протекающей с уменьшением  числа молекул газа. Если реакция  протекает без изменения числа  молекул газообразных веществ, то изменение  давления никак не влияет на смещение равновесия.