Контрольные вопросы

1. Какие функции называют функциями состояния?

2. Что изучает термохимия? Какие уравнения называют термохимическими?

3. Какие химические реакции называют экзотермическими и эндотермическими?

4. Какая величина называется стандартной энтальпией образования сложного вещества?

5. Какие функции служат критериями направленности химических процессов.

6. Химическая кинетика и равновесие химических реакций

6.1 Кинетика химических реакций

Химическая кинетика– это наука о скоростях и механизмах химических превращений о явлениях, сопровождающих эти превращения, и о факторах, влияющих на них.

Скорость химической реакции (υ)– число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице объема (для гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

(6.1.1)

(6.1.2)

где n – количество вещества (моль),S– поверхность (м²),V– объем (м³),τ– время (с).

Уравнение скорости для гомогенной реакции можно упростить, приняв n/V=С(молярная концентрация), тогда

(6.1.3)

Мерой скоростихимической реакции является количество вещества, вступившего в реакцию или образовавшегося в результате реакции.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, их агрегатного состояния, концентрации реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора, а для гетерогенных реакций еще и от величины поверхности твердого вещества (степени дисперсности вещества).

6.1.1 Зависимость скорости от концентрации

Зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс (ЗДМ, закон Гульдберга и Вааге):скорость простых реакций (реакции, протекающие в одну стадию) прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, соответствующих стехиометрическим коэффициентам. Например, для обратимой реакции

аА_(г) + bВ_(г) ⇄ сС_(г) + dD_(г)

ЗДМ имеет вид:

υ_пр. =k₁[A]^а[B]b – для прямой реакции;

υ_обр. =k₂[C]^c[D]^d– для обратной реакции,

где [A], [B], [C], [D] – молярные концентрации веществ, моль/л;a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты;k₁,k₂– константы скорости (скорости реакций при концентрациях веществ =1 моль/л).

Для реакций, в которых участвуют твердые вещества, концентрации последних в выражение ЗДМ не включают (принято считать их равными единице). Например, для реакции

NH_{3 (г)} + HCl_(г) ⇄ NH₄Cl_(тв.)

ЗДМ: υ _пр. =k₁[NH₃][ HCl], а υ _обр. =k₂.

Некоторые реакции характеризуются колебаниями концентраций промежуточных соединений и, соответственно, колебаниями скоростей превращений. Такие реакции называются колебательными.

Примером может служить колебательное выделение газа при разложении пероксида водорода на металлической ртути. Поверхность ртутной капли в ходе реакции периодически покрывается оксидной пленкой, что вызывает изменение поверхностного натяжения, приводящее, в свою очередь, к изменению формы самой капли. Внешне это явление напоминает сердечные сокращения и названо поэтому “ртутным сердцем”.

Механизмы колебательных реакций сложны, многие из них мало изучены. Описание этих реакций проводят, используя аппарат неравновесной термодинамики.