Основи хімії (стр. 7 из 21)
Δ = Σ Δ продукти р ції – Σ ΔН вхідних речовин;
Δ ––––––––– –––––––––––––
Δ ––––––––– –––––––––––––
В результаті можна зробити слідуючи висновки:
1. Чим сильніше в процесі реакції зменшується Δ , тим більш можливості, що вона буде йти в прямому напрямку.
2. Коли в результаті реакції Δ Δ – Δ 0, то реакція зворотна.
3. Коли Δ і Δ 0, то реакція проходить без обмежень.
4. Коли Δ 0 і Δ , то реакція протікати не буде.
А зараз простіше, вода знаходиться в 3 х агрегатних становищах:
Н О ↔ Н О ↔ Н О
лід рідина пар
Δ >0; Δ = Δ ; Δ
Δ „ Δ
В цьому випадку ентальпія в льоді має найбільше значення, а ентропія рівна нулю.
В рідині ентальпія рівна ентропії.
Пар ентропія найбільша, а ентальпія рівна нулю.
План.
1. Швидкість хімічних реакцій.
Фактори, які впливають на швидкість хім. реакцій.
Закон діючих мас.
Правило Вант Гоффа. Каталіз.
2. Хімічна рівновага.
3. Принцип ле Шательє.
4. Ланцюгові реакції.
Хімічною кінетикою називається учення про швидкість і механізм протікання реакцій і залежності їх від різних факторів (концентрації, температури, тиску каталізатора і т. д.).
Вивчення кінетики реакцій представляє великий практичний і теоретичний інтерес.
Знаючи процеси протікання реакцій ми можемо управляти ними. Наприклад, суміш Н і О може довго зберігатися при звичайній температурі, Але коли внести каталізатор чи підвищити температуру до 630 С реакція між цими газами проходить з вибухом.
Є реакції які можуть проходити за декілька хвилин, годин і навіть через багато років.
Реакції нейтралізації кислот лугами проходять за хвилини, а хімічна зміна в гірських породах йде роками, а то й тисячоліттями. Швидкість хімічних реакцій визначає протікання біологічних процесів як у рослин, так і в живих організмах. Знаючи хімічні процеси інженер розраховує апаратуру для виробництва. Фізики почали управляти розпадом радіоактивних речовин.
Швидкість хімічних реакцій може бути виражена зміною концентрацій реагуючих речовин в одиниці часу.
Концентрацію виражають в моль/л, час – у хвилинах або секундах. Необхідно враховувати, що хімічні реакції можуть бути гомогенні, якщо вони протікають в однорідній системі, і гетерогенні, якщо реагуючи речовини знаходяться у різному агрегатному стані або просто між ними є межа розділу.
У гомогенних системах реакція протікає у всьому об‟ємі і швидкість вимірюється кількістю речовини, що реагує за одиницю часу в одиниці об‟єму.
В гетерогенних системах реакція йде на межі розділу фаз і залежить від величини поверхні розділу. Тому швидкість реакції вимірюється кількістю речовини, що реагує за одиницю часу на одиниці поверхні фази.
Для прикладу розглянемо яку небудь реакцію, яка відбувається між двома газами Н і О з утворенням продуктів реакції – води. Необхідною умовою усіх реакцій являється зіткнення між атомами або іонами.
На самому початку реакції концентрації Н і О будуть максимальні, швидкість реакції найбільша. Із спливанням часу в одиниці об‟єму число молекул одного і другого газів буде зменшуватися, а значить зіткнень між атомами Но і Оо буде менше. Швидкість реакції почне зменшуватися.
Концентрація продуктів реакції буде збільшуватися до якогось часу, а потім почне зменшуватися. 
dcV
dt
Фактори, які впливають на швидкість хімічних реакцій
Швидкість хімічних процесів залежить від цілого ряду умов:
від природи реагуючих речовин
Речовини , молекули яких побудовані по неполярному типу Н , О , як правило реагують з меншою швидкістю, чим по полярному або іонному. від стану реагуючих речовин.
2.1. Агрегатного стану.
Речовини, які перебувають у твердому стані реагують значно повільніше ніж у вигляді рідини або газу.
Для прискорення реакції тверді речовини, найчастіше подрібнюють у порошок.
Наприклад, шматок вугілля важко підпалити, щоб воно загорілося, а подрібнене у порошок може від іскри вибухнути (шахтний пил).
2.2. При розчиненні речовини у воді чи в другому розчиннику.
Під дією розчинника речовина розпадається на молекули (коли це неелектроліт), або іони (електроліт). Частинки в такому стані швидше приходять в контакт і реакція йде скоріше.
2.3. Збуджений стан атома або молекули робить їх дуже реакційними.
Активацію можна зробити підвищенням температури, освітлюванням, радіацією, дисоціацією і т.д.
3) вплив середовища.
Як вже говорилося, найскоріше проходять реакції в газах, потім в рідинах і погано між твердими речовинами.
4) від концентрації реагуючих речовин
Чим більш концентрація , тим більш частинок речовин находяться в одиниці об„єму, тим більш буде зіткнень. А значить і швидше буде йти реакція.
На основі великого нагромадження матеріалу норв. учені Гульдберг і Вааге у 1867 р.
сформулювали закон діючих мас:
Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин в ступені, що дорівнює коефіцієнту, який знаходиться перед формулою даної речовини. (При постійній температурі).
В загальному вигляді математично цей закон для реакції
записується так: де
– швидкість реакції,
– коефіцієнт пропорційності (константа швидкості), і – мольні концентрації вхідних речовин,
і – стехіометричні коефіцієнти (кількість моль реагуючих речовин). Якщо [ ] = 1 моль/л, то відповідно до рівняння маємо тобто,
константа швидкості це і є швидкість хімічної реакції, за умовою, що концентрації реагуючих речовин дорівнюють 1 моль/л. Константа швидкості реакції залежить від природи реагуючих речовин, температури, але не залежить від їх концентрації.
Так при утворенні Н О із 2Н + О → 2Н О, можна записати, що швидкість реакції буде:
В цьому випадку утворюється молекула води тоді, коли 2 атоми водню реагують з одним атомом кисню.
Користуючись законом діючих мас можна вичислити зміну концентрації. Наприклад, у реакції
→
зменшили об„єм газової суміші в 2 рази, тоді
Таким чином, швидкість реакції збільшиться у 8 разів.
5) від температури.
Звичайно з підвищенням температури різко зростає швидкість хімічних реакцій.
Кількісною характеристикою даного процесу являється правило голлан. ученого Вант Гоффа:
При збільшенні температури на 100 швидкість реакції зростає в 2 - 4 рази. (В середньому в 3).
Це правило математично можна виразити так:
V 
V
t2 1
γ – температурний коефіцієнт, який показує в скільки разів зростає швидкість реакції, якщо
збільшити температуру на 10
| γ |
Вплив температури на швидкість хімічного процесу визначається зростанням константи швидкості, яка залежить від енергії активації (температури, освітлення, радіації, дисоціації...). Наслідок із правила:
При збільшенні температури в арифметичній прогресії швидкість реакції зростає в геометричній прогресії.
від каталізатора.
Речовини, які змінюють швидкість реакцій називаються каталізаторами.
Реакції, у яких змінюється швидкість у результаті дії каталізатора називаються каталітичними.
А сам процес зміни швидкості реакції в результаті дії каталізатора називається каталізом.
Прийнято називати позитивний каталіз, коли йде збільшення швидкості реакції, і негативний каталіз – коли зменшується швидкість реакції. Розрізняють каталіз гомогенний і гетерогенний.
Гомогенний каталіз – коли реагуючи речовини і каталізатор находяться в одній фазі (газ, рідина...).
Гетерогенний каталіз – каталізатор і реагуючи речовини находяться в різних фазах (рідина – тверда речовина).
Механізм дії каталізатора може бути різним. Частіше за все каталізатор змінює швидкість реакції, а сам не бере участі у реакції.
Наприклад, окислення сірчанистої кислоти в сірчану йде довго, тому застосовують каталізатор
О + 2Н О 2Н О
А ВО
А А
А
В цьому випадку каталізатор залишився без змін, виступив як посередник між реагуючими речовинами і продуктами реакції.
При одержанні сірчаної кислоти контактним методом роль каталізатора грає і Каталізатором може бути активоване вугілля, яке концентрує на своїй поверхні реагуючі речовини.
Каталізатором у рослин служить хлорофіл за допомогою якого утворюються білки, жири, крохмаль, клітковина і т. д.
Для каталітичних реакцій характерна специфічність каталізатора, що дає змогу з одних і тих же речовин одержувати різні продукти.
С Н ОНС Н + Н Оетилен
2С Н ОНС Н ОС Н .Н Ро ; Н
ефір
Хімічна рівновага
Хімічна рівновага характерна для оборотних реакції, тобто реакцій, що можуть протікати як в прямому, так і в зворотному напрямку. З часом внаслідок зміни концентрації речовин (як вхідних так і продуктів) швидкість прямої і зворотної реакції становляться однаковими, то це означає, що система знаходиться у стані хімічної рівноваги.
Розглянемо цей процес на прикладі оборотної гомогенної реакції в загальному вигляді: