Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Кинетическая классификация химических реакций

Читайте также:
  1. A1. Сущность и классификация организаций. Жизненный цикл организации и специфика управления на различных его этапах.
  2. I. Классификация по контингенту учащихся.
  3. II. Классификация инвестиций
  4. II. Классификация методов исследования ППО
  5. II. Классификация ритмов
  6. А) профилактика гепатита, пирогенных реакций
  7. Аминокислотный состав белков. Строение, стереохимия, физико-химические свойства и классификация протеиногенных аминокислот.
  8. Антивирусные средства. Классификация и характеристики компьютерных вирусов. Методы защиты от компьютерных вирусов.
  9. Антидепрессанты. Классификация. Механизмы действия. Показания к применению. Проявления побочного действия препаратов.
  10. Безграничные потребности и их классификация.

Предмет химической кинетики

Можно сформулировать следующие основные задачи этой научной дисциплины:

1) Химическая кинетика изучает закономерности протекания химической реакции во времени; устанавливает эмпирическую связь между скоростью химической реакции и условиями ее проведения (концентрацией реагентов, температурой, фазовым состоянием, давлением и т.д.); выявляет факторы, влияющие на скорость процесса (нейтральные ионы, инициаторы, ингибиторы и т.д.).

2) Химическая кинетика стремится раскрыть механизм химического процесса, т.е. выяснить, из каких простых химических реакций состоит сложный химический процесс, как эти стадии связаны друг с другом, какие промежуточные продукты принимают участие в совокупном химическом процессе. В результате исследования составляют схему механизма химического процесса, включающую предполагаемые стадии и промежуточные продукты. Эту схему сопоставляют со всеми имеющимися фактами, проверяют, дополняют, изменяют с появлением новых данных и, по мере накопления экспериментальных доказательств, из гипотетической превращают в обоснованную схему (модель) реального химического процесса. Важную информацию при исследовании дают разнообразные приемы воздействия на систему и математический анализ схемы при ее сопоставлении с экспериментальными данными.

3) Поскольку во многих сложных реакциях принимают участие разнообразные элементарные реакции образования и превращения активных частиц — радикалов, ионов, ион-радикалов и т. д., важной задачей химической кинетики становится изучение таких элементарных реакций.

4) Используя результаты кинетического исследования и современные знания о строении молекул, ионов и свободных радикалов, химическая кинетика изучает связь между строением соединений и их реакционной способностью. Она устанавливает эмпирические и полуэмпирические зависимости между кинетическими характеристиками веществ (константами скорости химических реакций) и их физическими, термохимическими и структурными характеристиками.

5) Теоретическая химическая кинетика занимается вычислением элементарных констант скорости. При этом она исходит из строения и свойств исходных, промежуточных и конечных продуктов реакции, опираясь при этом на методы квантовой химии и статистической физики.

 

Основные понятия химической кинетики

Автокатализ — в узком смысле слова — ускорение реакции, обусловленное образованием продукта — катализатора; в широком смысле — самоускорение химического процесса, вызванное изменением системы вследствие протекания реакций. Причинами автоускоренного протекания реакции могут быть:

1) образование продукта (конечного или промежуточного), обладающего каталитическим действием;

2) самосопряжение реакций, когда индуктором является конечный продукт;

3) расходование ингибитора в цепной или каталитической реакции;

4) накопление атомов и радикалов в цепной разветвленной реакции при нестационарном режиме ее протекания;

5) образование промежуточных продуктов, инициирующих цепи, при автоокислении органических соединений;

6) возрастание вязкости среды и замедление рекомбинации макрорадикалов при полимеризации;

7) увеличение поверхности раздела фаз, на которой и происходит реакция в твердофазных реакциях; 8) саморазогрев системы, когда тепловыделение не скомпенсировано теплоотводом; 9) размножение живых организмов.

 

Время реакции характеристическое, τ — отрезок времени, за который концентрация данного реагента уменьшается в е раз вследствие протекания химической реакции; зависит от характера химического превращения и условий его протекания.

Время (период) полупревращения τ1/2 — время, за которое данное вещество прореагирует на 50 %; τ1/2 зависит от химической реакции и условий ее протекания; для реакций распада называется периодом полураспада.

Время релаксации τ* — время обратимой химической реакции, не достигшей состояния равновесия, когда система приближается к состоянию равновесия в е раз, т. е. время, за которое в е раз уменьшится разница концентраций С С или С — С (С — равновесная концентрация реагента).

Диффузионный режим — такие условия проведения реакции, когда скорость химической реакции определяется или зависит от скорости диффузии реагентов: самодиффузии, если реагенты распределены равномерно по объему реактора и скорость реакции определяется скоростью встречи частиц реагентов, и диффузии, если существует градиент концентрации и происходит взаимная диффузия реагентов.

Кинетический режим — режим протекания процесса, когда его скорость всецело определяется скоростью химической реакции.

Ингибитор — вещество, тормозящее протекание химической реакции. В процессе реакции ингибитор не расходуется или расходуется со скоростью, меньшей скорости незаторможенного химического процесса. Концентрация ингибитора обычно много меньше концентрации реагентов. Ингибиторы известны для каталитических и цепных реакций; для простых реакций ингибиторов не существует.

Катализ — ускорение химической реакции веществом — катализатором. Катализатор многократно вступает в промежуточные химические реакции, но регенерируется к моменту образования конечных продуктов.

Кинетическая схема химической реакции — совокупность элементарных стадий, из которых, по предположению, состоит сложный химический процесс.

Клеточный эффект — результат реакций, протекающих в клетке растворителя вслед за химической реакцией. В жидкости и твердом теле каждая молекула и продукты ее превращения окружены молекулами растворителя и некоторое время (время жизни клетки) находятся рядом; если это активные частицы (атомы, радикалы, ион-радикалы), то они вступают в клетке во взаимодействие.

Критическое явление — резкий переход от медленного к быстрому протеканию химической реакции при небольшом изменении какого-либо параметра, например, концентрации реагента, ингибитора или катализатора, температуры, давления, размеров реактора и т.д. Встречается в кинетике цепных и автокаталитических реакций, а также при адиабатическом режиме экзотермических реакций. Нередко медленное протекание реакции не обнаружимо экспериментально, а быстрое протекание сопровождается взрывом.

Механизм сложной химической реакции — совокупность связанных друг с другом элементарных реакций, из которых состоит сложная реакция. Механизм сложной реакции представляет собой кинетическую схему, в которой доказана каждая элементарная стадия и ее связь с другими стадиями совокупного процесса.

Механизм простой химической реакции — способ взаимодействия и перераспределения атомов и связей в реагентах, превращающихся в продукты реакции. Его описание дается в рамках той или иной теории элементарного акта.

Молекулярность химической реакции — число частиц (молекул, ионов, свободных радикалов), подвергающихся превращению в одном элементарном акте простой химической реакции.

Период индукции τинд — отрезок времени, в течение которого реакция протекает столь медленно, что ее протекание (изменение концентраций реагентов и продуктов) экспериментально не обнаруживается; характерен для автокаталитических, цепных, разветвленных, ингибированных и неизотермических реакций.

Прямая задача в химической кинетике — расчет кинетики расходования реагентов и образования продуктов на основании кинетической схемы реакции, измеренных экспериментально или оцененных теоретически констант скорости элементарных стадий и исходных условий проведения химического превращения.

Обратная задача в химической кинетике — расчет констант скоростей всех или нескольких элементарных стадий на основании полученных экспериментально данных по кинетике протекания сложной реакции (кинетические кривые реагентов и продуктов, скорости процесса в зависимости от исходных условий и т.д.). В более широком смысле построение кинетической схемы и обоснование механизма сложной реакции на основании экспериментальной кинетической информации.

Равновесие химическое — протекание химической реакции в прямом и обратном направлении; при этом устанавливается такое состояние, когда скорости прямой и обратной реакции равны, а концентрации реагентов и продуктов постоянны (стационарны). Оно характеризуется константой равновесия Кс, а скорость его достижения — временем релаксации τ*.

Реакционная способность (относительная) — способность данного реагента в ряду других вступать в реакцию выбранного типа; характеризуется либо отношением констант (коэффициентов) скорости, либо отношением скоростей реакций при одинаковых условиях проведения процесса, обычно один из реагентов выбирают за эталон сравнения.

Реакция химическая — превращение исходных веществ в другие вещества, в процессе которого изменяется их химическое строение. К химическим реакциям не относят изменения агрегатного состояния вещества и изменения энергетического состояния частиц, если они не сопровождаются изменением строения частиц. Вещества, вступающие в реакцию, называют реагентами, а образующиеся — продуктами. Реагенты вступают в реакцию в определенных соотношениях, например

nАА+nВВ→nYY+nZZ

Такое уравнение, устанавливающее количественное соотношение между реагентами и продуктами, называют стехиометрическим, а входящие в него числа nA, nB и т.д. — стехиометрическими коэффициентами. В простых химических реакциях стехиометрические коэффициенты — целые числа, в сложных реакциях они могут быть дробными. Значения nA определяются строением реагентов и продуктов.

 

Промежуточный продукт — вещество, которое образуется в одной из реакций последовательных химических превращений и подвергается дальнейшему превращению. Если такой продукт очень активен, его называют лабильным (активным) промежуточным продуктом. Этот продукт присутствует в системе, где протекает реакция, в квазиравновесной (квазистационарной) концентрации, при условии, что скорости его образования и превращения скомпенсированы.

Замкнутая система (в кинетике) — система, в которой протекает химическая реакция, и нет обмена реагентами и продуктами с окружающей средой, но сохраняется теплообмен. (В термодинамике замкнутая система не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией.)

Открытая система (в кинетике) — система, в которой химический процесс проходит при введении в реактор реагентов и выведении из нее продуктов и реагентов, т.е. в условиях материального обмена с внешней средой.

Стадия, определяющая скорость реакции суммарного процесса. Если в системе протекает ряд последовательных превращений, а образование конечного продукта целиком определено скоростью первой стадии, то данная стадия называется стадией, определяющей скорость реакции. Например, диацилпероксид распадается на два ацилоксирадикала, в результате быстрых последующих превращений которых образуются метан, этан, уксусная кислота, метилацетат. Скорость всего процесса определяет первая стадия распада пероксида.

Стадия лимитирующая. Если в системе протекает несколько последовательных обратимых реакций

и равновесие на всех стадиях, предшествующих стадии j, устанавливается быстро, а стадия j протекает медленно, то скорость химического превращения зависит от скорости этой стадии, которую называют лимитирующей. В выражение для скорости суммарного процесса входят, кроме kj, лишь концентрации реагентов и константы равновесия K1, K2 и т.д. Если определяющая скорость стадия всегда является лимитирующей, то лимитирующая стадия далеко не всегда определяет скорость всего процесса, а только в том случае, когда она — первая стадия.

Химическая индукция: Сопряжение химических реакций — явление, когда одна химическая реакция вызывает или ускоряет (индуцирует) протекание другой реакции, которая в этих условиях не происходит или идет с очень низкой скоростью. Обе реакции называют сопряженными. Явление химической индукции обусловлено тем, что в одной реакции образуются активные промежуточные продукты, вызывающие протекание второй (индуцированной) химической реакции.

Элементарный химический акт: Превращение одной или нескольких находящихся в контакте частиц-реагентов в частицы-продукты происходит за короткий отрезок времени порядка 10–13 с для адиабатических и 10–15 с для неадибатических реакций.

 

Кинетическая классификация химических реакций

Вследствие огромного разнообразия химических реакций едва ли возможна их единая классификация. Деление реакций на группы возможно с различных точек зрения.




Дата добавления: 2015-04-20; просмотров: 138 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== 1 ==> | 2 | 3 |


lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.011 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав