Лекции - часть 1
.pdf
W k Ci ni
i
|
kbT |
z |
|
|
E0 |
|
|
|
|||
k |
|
e RT |
|||
h |
zi |
||||
i
подготовлен в рамках реализации «Программы развития НИУ-НГУ»
Наглядная
химическая
кинетика
Мультимедийный курс для студентов
химического отделения ФЕН
Окунев А. Г.
1
Химическая
кинетика
Необходима, чтобы уметь предсказывать время химического превращения и состав продуктов реакции.
Часть 1. Формальная кинетика
2
1.1 Введение и определения
Язык науки состоит из терминов.
Чтобы строить ее здание надо говорить на одном языке!
«На всей земле был один язык и одно наречие.
Двинувшись с востока, они нашли в земле
Сеннаар равнину и поселились там, и сказали друг другу: наделаем кирпичей и обожжем огнем.
И стали у них кирпичи вместо камней, а
земляная смола вместо извести. И сказали они: построим себе город и башню, высотою до небес;
и сделаем себе имя, прежде, нежели рассеемся
по лицу всей земли. И сошел Господь посмотреть
город и башню… И сказал Господь… сойдем же,
и смешаем там язык их, так чтобы один не понимал речи другого. И рассеял их Господь
оттуда по всей земле; и они перестали строить
город.» (Быт. 11:1—9)
Вавилонская башня, Абель Гриммер (1570-1619)
3
Может ли реакция идти через одновременный разрыв всех связей и перегруппировку атомов?
N2 + 3H2 |
H |
H
|
H |
# |
|
|
|
N |
|
H |
|
|
2NH3
N |
H |
|
H
Энергетическая характеристика такого процесса:
HH2->2H = 432 кДж/моль, |
HN2-2N = 945 кДж/моль, H# = 2240 кДж/моль, |
4
Необходим катализатор, снимающий энергетический барьер диссоциации на атомы.
В каждой стадии разрывается (образуется) одна химическая связь
|
Энергетическая диаграмма синтеза аммиака |
|
Рис. М.М. Левицкий, № 06/2008 газеты "Химия" . |
по Герхарду Эртлу. |
|
(рис. И. А. Леенсон, «Химия и жизнь» №11, 2007) |
||
|
5
БРУТТО-РЕАКЦИЯ
N2 3H2 2NH3
МЕХАНИЗМ
N2 2S 2Nads
H2 2S 2Hads
Nads Hads NHads NHads Hads NH2ads NH2ads Hads NH3ads
NH3ads S NH3
Элементарная реакция протекает без образования каких либо веществ, отличных от продуктов либо реагентов.
Простая реакция – кинетические закономерности не отличимы от элементарной.
механизм - совокупность элементарных (простых) реакций.
Если механизм реакции содержит более одной стадии, то реакция является сложной.
6
10-1 км/ч |
|
|
|
102 км/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
105 км/час |
|
||||||||||||
Скорость химической реакции – количество актов реакции в |
|
|||||||||||||||||||||||||||
единице объема за единицу времени. |
реагенты |
|
|
|
продукты |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
штук |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i Ai j Bj |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
объем время |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
dNBj |
|
||||
|
моль |
M |
|
1 |
W |
|
1 |
|
|
|
dN |
Ai |
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||
|
6 1020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
i |
|
dt |
|
V |
j |
|
dt |
|
||||||||||
|
Л с |
с |
cm3 c |
V const |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 d Ai |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
1 d Bj |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
dt |
|
|
|
|
j |
|
|
dt |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
7
ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС (Гульдберг, Вааге, 1867)
|
|
|
|
|
|
|
|
порядок по |
|||
|
|
W k Ci ni |
|||||||||
|
|
компоненту |
|||||||||
|
|
|
i |
|
ni |
|
lnW |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
константа |
|
|
|
|
|
|
|
ln Ci Cj i |
||
|
скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n ni - порядок реакции |
|
|
|
||||||||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УРАВНЕНИЕ АРРЕНИУСА |
|
|
|
||||||||
(1889) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
энергия |
||||
|
|
|
|
E |
|
||||||
|
k k0e |
|
|
активации |
|||||||
|
RT |
|
|
|
lnW |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
E RT 2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T Ci |
||
Предэкспоненциальный |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
множитель (предэкспонент)
Кинетическое уравнение –
уравнение, описывающее зависимость скорости химической реакции от концентраций компонентов реакционной смеси.
Уравнение кинетической кривой
описывает зависимость концентраций компонентов (реагентов, продуктов и др. частиц) от времени
Прямая задача – решение кинетических уравнений с известными параметрами
Обратная задача – определение кинетических параметров из
кинетических кривых
8
Простые реакции бывают:
МОНОмолекулярными
БИмолекулярными
ТРИмолекулярными
(PhCOO)2 -> 2PhCOO
ОН+Н2 -> Н2О + Н
Br + Br + Br2 -> 2Br2
2NO + O2 -> 2NO2
Реакции более высокой молекулярности можно не учитывать при кинетическом анализе
9
Распад (диссоциация) простых молекул не является мономолекулярной реакцией.
|
I2 |
I |
+ |
I |
I |
I |
Двухатомной молекуле негде хранить энергию диссоциации, требуется подвод извне. Поэтому распад простых молекул протекает только в тримолекулярных столкновениях:
|
I2 |
|
I |
+ |
I + M |
I |
I + |
M |
10