Введение.
Химическая кинетика - учение о химическом процессе, его механизме и закономерностях развития во времени.
Начало систематических исследований скорости химических превращений положено работами Н. А. Меншуткина в конце 70-х годов XIX в. В 80-х годах Я. Вант-Гофф и С. Аррениус сформулировали основные законы, управляющие протеканием простых химических реакций, и дали трактовку этих законов, исходя из молекулярно-кинетической теории. Дальнейшее развитие этих работ привело к созданию в 30-х годах XX в. Г. Эйрингом и М. Поляни на базе квантовой механики и статистической физики первой теории абсолютных скоростей реакций - метода активированного комплекса. Эта теория впервые открыла перспективы расчета скоростей простых (элементарных) реакций, ис-ходя из свойств реагирующих частиц.
Параллельно с этим в начале XX в. развивались работы по изучению ки-нетики сложных реакций. Среди первых работ в этой области были исследова-ния А. Н. Баха и Н. А. Шилова по реакциям окисления. Большую роль в разра-ботке общих методов изучения сложных реакций сыграли работы М. Боден-штейна. Выдающимся достижением теории сложных химических процессов явилась созданная в 30-х годах XX в. Н. Н. Семеновым общая теория цепных реакций. Широкие исследования механизма сложных химических процессов, особенно цепных реакций, были выполнены С. Н. Хиншельвудом [1].
Изучение вопросов химической кинетики представляет большой прак-тический интерес. Разные реакции совершаются с самыми различными скоро-стями. Некоторые из них, как, например, реакции разложения взрывчатых ве-ществ, -заканчиваются в десятитысячные доли секунды; другие продолжаются минутами, часами, днями, а третьи, например некоторые процессы, со-вершающиеся в земной коре, растягиваются на десятки, сотни и тысячи лет. К тому же не только между скоростями, разных реакций существует такое боль-шое различие, но и скорость какой-нибудь данной реакции может сильно изме-няться в зависимости от условий, в которых реакция происходит.
При практическом использовании любой реакции скорость, с которой она протекает, играет очень большую роль. Так от скорости реакции, приме-няемой в каком-нибудь производственном процессе, будет зависеть произво-дительность аппарата и, следовательно, количество вырабатываемой продук-ции. Скорость процесса, твердения цемента определяет собой сроки введения сооружения в эксплуатацию и т. д. Поэтому очень важно знать, с какой скоро-стью будет совершаться та или иная реакция в данных условиях и как нужно изменить эти условия, чтобы она протекала с желательной скоростью.
Поэтому целью моей курсовой работы является изучение закономерно-стей химических процессов. Мною будут рассмотрены вопросы, касающиеся скорости реакции, константы скорости и зависимости её от различных факто-ров, виды и механизмы различных реакций, а также особенности протекания реакций в гетерогенных процессах.
Глава 1. Основные понятия .
Основным понятием химической кинетики является скорость химической реакции ? - это производная от концентрации С по времени, dC/dt. Она может быть определена по кинетической кривой - зависимости концентрации от вре-мени. Основным уравнением химической кинетики является кинетическое уравнение, отражающее зависимость ? от концентраций компонентов реакци-онной смеси С . Параметрами кинетического уравнения являются константы-скорости химической реакции k t. Часто кинетическое уравнение представляет собой степенную функцию концентраций. Показатель степени при концентра-ции какого-либо компонента есть порядок реакции по этому компоненту.
В данной главе мы рассмотрим понятие скорости реакции, константы скорости реакции , молекулярность и порядок реакции .
1.1 Скорость химической реакции и константа скорости химической реак-ции
В ходе всякой реакции изменяется количество участвующих в ней ве-ществ. Поэтому изменение количества какого-либо реагента за определенное время может характеризовать скорость данной реакции. При постоянном объе-ме системы скорость химической реакции численно равна изменению концен-трации одного из реагирующих веществ в единицу времени:
(1)
Принято считать скорость реакции положительной величиной. Если она определяется по одному из исходных веществ, то dci <0 в уравнении (1) нужно использовать знак минус. Если же скорость реакции определяется по одному из ее продуктов, то dci > 0 и уравнение (1) нужно взять со знаком плюс [3].
Очевидно, это определение не однозначно. Если находить и, пользуясь концентрациями различных участников реакции, то можно получить неодина-ковые значения. Например, для реакции А + 2В = D значения ?, определенные по веществу В, окажутся вдвое больше, чем найденные по веществам А и D:
Поэтому уравнение (1) следует дополнять указаниями о том, с помощью концентрации какого из веществ определена скорость, либо применять более общее соотношение:
где ?i , - стехиометрический коэффициент в уравнении реакции, который принято считать положительным для продуктов и отрицательным - для исход-ных веществ.
Выразить скорость реакции можно также используя закон действующих масс . Рассмотрим химическую реакцию, стехиометрическое уравнение которой имеет в общем случае вид:
aA + bB +...+ lL = cC + dD +...+ mM.
|