24.Влияние температуры на скорость химической реакции

Температура является очень важным фактором, определяющим скорость реакции, и, соответственно, являющейся методом управления процессом этой реакции. Опытным путем было установлено, что при повышении температуры на каждые 10 0С скорость большинства химических реакций возрастает в 2 – 4 раза (температурный коэффициент скорости реакции). При понижении температуры скорость реакций во столько же раз уменьшается. Значительное увеличение скорости реакций при повышении температуры нельзя объяснить одним только увеличением числа столкновений между молекулами. Согласно кинетической теории, скорость движения молекул растет пропорционально корню квадратному из абсолютной температуры, тогда как скорость реакции увеличивается гораздо быстрее. Следует считать, что повышение температуры не только вызывает более частые столкновения, но и увеличивает число эффективных столкновений, в результате которых происходит химическое взаимодействие, т.е. увеличивает относительное количество активных молекул. Это может быть объяснено тем, что по мере повышения температуры молекулы становятся менее стойкими и, следовательно, более склонными к химической реакции. Для количественного описания температурных эффектов в химической кинетике используют два соотношения - правило Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса:(где Т – температурный коэффициент скорости (=2-4).)Гораздо более точным является уравнение Аррениуса, описывающее температурную зависимость константы скорости:

(где R - универсальная газовая постоянная; A - предэкспоненциальный множитель, который не зависит от температуры, а определяется только видом реакции; EA - энергия активации, которую можно охарактеризовать как некоторую пороговую энергию: грубо говоря, если энергия сталкивающихся частиц меньше EA, то при столкновении реакция не произойдет, если энергия превышает EA, реакция произойдет. Энергия активации не зависит от температуры.)

Графически зависимость k(T) выглядит следующим образом:

25. Катализ и его особенности

Ката́лиз — Явление изменения скорости реакции под воздействием катализаторов. Катализатор — Вещества, не расходующиеся в результате протекания реакции, но влияющие на ее скорость. Реакции, протекающие под действием катализаторов, называются каталитическими.(здесь MnO₂ - катализатор реакции. Можно заметить, что в химическом уравнении катализатор не присутствует среди реагентов или продуктов, его не нужно учитывать и при уравнивании реакции. Он всегда указывается над стрелкой) Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В случае гомогенного катализатора катализатор и реагирующие вещества образуют одну фазу (газ или раствор). В случае гетерогенного катализа катализатор находится в системе в виде самостоятельной фазы. Бывают катализаторы как ускоряющие протекание реакции, так и замедляющие её. В первом случае катализ называется положительным, во втором – отрицательным. Катализаторы замедляющие скорость реакции называются – Ингибиторами. В большинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации реакции. В присутствии катализатора реакция проходит через другие промежуточные стадии, чем без него, причем эти стадии энергетически более доступны. Иначе говоря, в присутствии катализатора возникают другие активированные комплексы, причем для их образования требуется меньше энергии, чем для образования активированных комплексов, возникающих без катализатора.Катализаторы отличаются селективностью. Это значит, что они действуют на процессы избирательно, направляя его в определенную сторону. При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации. При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела - катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель. Механизм гетерогенного катализа сложнее, чем у гомогенного. Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они обратимы.

1. Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества.

2. Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества

реагирующих молекул и затем хемосорбция их.

3. Химическая реакция между реагирующими молекулами.

4. Десорбция продуктов с поверхности катализатора.

5. Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток.