ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика химических реакций из "Горение и свойства горючих веществ" Химической кинетикой называется учение о скоростях химических реакций. Химические процессы протекают с различными скоростями. Так, взрывные реакции и реакции нейтрализации в растворе протекают практически мгновенно. Другие реакции протекают медленно, например, чтобы прореагировали 2 моль водорода с 1 моль кислорода при обычных условиях, требуется около тысячи лет. [c.35] Скоростью реакции определяется производственный процесс, количество вырабатываемой продукции за единицу времени, а также течение биологических процессов. [c.35] Скорость химической реакции зависит от условий, в которых она протекает, от природы реагирующих веществ, от их агрегатного состояния. Например, взрывчатые вещества разлагаются в тысячные доли секунды, а химические процессы в земной коре длятся сотни и тысячи лет. Взаимодействие веществ в паровой и газовой фазах протекает быстрее, чем в жидком или твердом состоянии. Так, жидкий бензин сгорает относительно медленно, коптящим пламенем (неполное сгорание), а смесь паров бензина с воздухом сгорает со взрывом. Скорость взаимодействия с участием твердых веществ сильно изменяется от степени измельченности твердого вещества. Например, уголь и другие твердые горючие вещества в пылевидном состоянии образуют с воздухом взрывчатые смеси, в то время как эти же вещества при обычных условиях (не в пылеобразном состоянии) сгорают довольно медленно. [c.35] Влияние концентрации. Скорость химической реакции измеряется изменением концентрации веществ в единицу времени. Концентрацию веществ в этих случаях принято выражать в молях на литр (моль л). Если в начале реакции концентрация исходного вещества была Си а по истечении некоторого промежутка времени (Ат) стала Сг, то изменение концентрации за этот промежуток времени будет С1—С2 = Дх. [c.36] Для того чтобы молекулы двух веществ А и В могли вступить во взаимодействие, они должны столкнуться. Чем выше концентрация реагирующих веществ, тем больше молекул находится в единице объема, тем больше вероятность соударения молекул. Таким образом, повышение концентрации реагирующих веществ приводит к повышению скорости химической реакции. [c.36] Практика показывает, что не всякое столкновение молекул веществ приводит к взаимодействию. Только эффективные соударения молекул вызывают химическое взаимодействие. В связи с этим в уравнение (14) введен коэффициент пропорциональности к. [c.37] Сумма показателей степеней (т+п) называется порядком реакции. [c.37] Скорость реакции возрастет в 64 раза. [c.37] Влияние температуры. Скорость большинства химических реакций с повышением температуры увеличивается. Например, осуществить синтез воды из кислорода и водорода при 20 °С даже на 15% практически невозможно (на это понадобилось бы 54 миллиарда лет), а при 500 °С для этого нужно всего 50 мин, при 700 °С реакция между водородом и кислородом протекает мгновенно. [c.37] Согласно правилу Вант-Гоффа (1884 г.) при повышении температуры на каждые 10 град скорость реакции увеличивается приблизительно в 2—4 раза. [c.37] Таким образом, объяснить увеличение скорости только увеличением числа столкновений нельзя. [c.38] Если бы необходимым условием протекания реакций было лишь соударение частиц, то нельзя было бы объяснить различие в скоростях процессов при одинаковых концентрациях реагентов было бы непонятным действие катализатора и его специфичность. Если бы каждое столкновение оканчивалось актом взаимодействия, то все реакции протекали бы со скоростью взрыва молекулы, содержащиеся в 1 см газа, испытывают такое колоссальное число соударений, что ему отвечали бы скорости, превышающие экспериментальные в сотни миллиардов раз. [c.38] Влияние катализаторов. Роль катализаторов в химии исключительно велика. Многие важнейшие химические производственные процессы основаны на применении катализаторов, в частности синтез высокомолекулярных соединений, являющийся основой производства пластических масс. Большую роль катализаторы играют и в пожарном деле. [c.39] Влияние посторонних веществ на скорость химической реакции было замечено в начале XIX в. Впервые его наблюдал русский ученый К. С. Кирхгоф, установивший в 1811 г., что серная кислота ускоряет процесс превращения крахмала в сахар. Большое впечатление произвело открытие В. Деберейнера, установившего в 1823 г., что при направлении струи водорода на губчатую платину, представляющую собой мелкораздробленный металл, водород загорается и что для его воспламенения не требуется никакого подведения энергии. В 1835 г. [c.39] Катализаторы — вещества, которые могут активизировать реакцию, или изменять ее скорость, но не изменяют саму реакцию, ее направление, иначе говоря, катализаторы изменяют (понижают положительный катализ или повышают — отрицательный) энергию активации процесса. Видимого участия в реакции катализаторы не принимают и остаются неизменными и качественно, и количественно. Катализаторы, замедляющие процесс (т. е. повышающие его энергию активации), называются ингибиторами. [c.40] Различают два вида катализа гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе катализатор и то вещество, которое участвует в реакции, образуют гомогенную смесь. [c.40] Такой комплекс обычно нельзя выделить в свободном виде, так как процесс с его участием (образование и взаимодействие со следующим компонентом реакции) идет мгновенно. Количество применяемого катализатора не является стехиометрическим для ускорения процесса часто достаточно лишь его следов. [c.40] При гетерогенном катализе агрегатное состояние катализатора отличается от состояния реагирующих веществ. Например, для ускоренного разложения Н2О2 (жидкость) в качестве катализатора применяют МпОа (твердое вещество). [c.40] Как известно, все твердые вещества способны поглощать (адсорбировать) окружающие их пары и газы своей поверхностью вследствие наличия так называемых поверхностных сил. Между атомами или молекулами, составляющими вещество, действуют силы взаимного притяжения. Направленные в разные стороны силы притяжения атома, находящегося внутри вещества, встречают со всех сторон действия соседних атомов и компенсируются ими. По-иному обстоит дело с атомами, находящимися на поверхности. В этом случае уравновещиваться будут только силы притяжения атома, направленные внутрь вещества силы же, направленные во вне, останутся некомпенсированными и будут способствовать притяжению других атомов или молекул. В еще большей степени это проявится на углах и на ребрах кристаллов. Это и будут силы, благодаря которым на поверхности происходит адсорбция. Молекулы, попадая в область действия этих сил, адсорбируются, внутримолекулярные связи адсорбированной молекулы ослабевают и молекула становится более способной вступать в реакцию. Чем больше поверхность катализатора, тем больше его каталитическая активность. Для увеличения поверхности катализаторы обрабатывают специальными методами измельчают, наносят на пористый материал, готовят в виде смеси с каким-либо компонентом, который затем растворяют, получая при этом катализатор в виде губчатой массы, и т. п. В качестве пористых материалов используют активный уголь, асбест, пемзу, кизельгур и т. п. [c.41] Изучение многих каталитических реакций показало, что воздействие катализаторов строго специфично, т. е. катализаторы обладают избирательным действием. Известно, что между данными исходными веществами параллельно могут протекать две реакции и более. Должным образом подобрав катализатор, можно ускорить одну из этих реакций, не изменив скорости другой, и таким образом способствовать получению желательного конечного результата процесса. [c.41] Вернуться к основной статье