Факторы определяющие скорость химической реакции

Важнейшими факторами влияющие на скорость хим. реакции:

1.Концентрация реагир. веществ или давление реагентов в газовой фазе

2.Природа реагир. веществ;

3. Температура;

4.Присутствие катализаторов (вещ-ва кот повыш. скорость).

Для гетерогенной есть ещё один фактор: зависит от интенсивности движения жидкости или газа около поверхности, на которой идет реакция.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагир. веществ, необходимым условием взаимодействия яв-ся их столкновение друг с другом. Если они не столкнулись, если они не столкнулись, то хим. реакции не будет. Простейшей теорией газовых реакций яв-ся теория столкновений. В основе этой теории есть 3 положения:

1.Для протекания хим. реакции необходимо столкновение молекул происходит обмен и перераспределение Е, при этом ослаблевают и разрываются старые связи и возникают новые, образуя продукты реакции новые вещ-ва.

2.Е столкновения частиц должна быть достаточной для того, чтобы хим. связь разорвалась.

3.Ориентация частиц должна обеспечивать мах. Сближение реагирующих групп. Т.О.скорость реакции должна быть пропорциональной числу соударений. Чем больше, тем выше концентрация каждого из исходных вещ-в. При пост. Т скорость хим. реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагир. вещ-в. Чем больше концентрация, тем больше скорость.

Реакции, при которых не происходит перераспределения связей, обычно при комнатной температуре протекают быстро. Реакции, при которых происходит разрыв связей, обычно при комнатной температуре протекают медленно.

Было установлено: во многих случаях при повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Это связано с тем, что число столкновений между реагирующими частицами — атомами, молекулами или ионами — становится больше. А столкновение частиц — необходимое условие протекания химических реакций. В результате столкновений могут происходить перегруппировка атомов и возникновение новых химических связей, в результате чего образуются новые вещества.

Температура заметно влияет на скорость химических реакций. Когда зажигают свечу, температура ее около фитиля повышается. При реакции горения выделяется тепло, достаточное для поддержания высокой температуры. Таким образом, обеспечивается определенная скорость реакции. Так же можно объяснить, почему происходит взрыв смеси бытового газа и воздуха от зажженной спички: около горящего конца спички температура газа повышается и начинается реакция, протекающая все быстрее с выделением тепла. За счет этого тепла повышается температура ближайших областей, и реакция еще больше ускоряется. Скорость реакции продолжает возрастать до тех пор, пока не достигнет скорости взрыва — наиболее быстрой реакции, возможной по теории столкновений. Время, затраченное на это, — примерно одна миллисекунда. Повышение температуры приводит к увеличению скорости реакции.

Было обнаружено, что столкновение приводит к химической реакции, если сталкивающиеся молекулы обладают энергией, превышающей некоторую определенную величину. Подобно движущимся по трассе машинам с большой скоростью, столкновение молекул с большой энергией приводит к «молекулярной аварии», которую принято называть химической реакцией.

Многие реакции протекают очень медленно, если просто смешать реагирующие вещества, но их можно значительно ускорить путем введения некоторых других веществ, называемых катализаторами. При реакции они не расходуются. При этом большее число молекул может преодолеть более низкий энергетический барьер, что приводит к увеличению скорости реакции. Он только ускоряет реакцию, которая может происходить и без него, но значительно медленнее.

Очень большое число катализаторов, называемых ферментами, содержится в живых тканях. Наиболее известные ферменты пищеварительной системы — птиалин, содержащийся в слюне, и пепсин, вырабатываемый поджелудочной железой. Оба эти фермента способствуют разрушению больших молекул, например, крахмала и белка, на более простые молекулы, которые могут непосредственно усваиваться клетками организма. Помимо сравнительно небольшого числа ферментов пищеварительной системы, существует большое количество других ферментов, принимающих участие в биохимических реакциях. Специфическое действие катализатора во многих случаях еще не выяснено. Поиск подходящего катализатора для каждой реакции обычно требует большой экспериментальной работы.

33. Обратимые и необратимые реакции.

Необратимые реакции протекают до конца, до полного израсходования одного из реагирующих веществ. Обратимые реакции протекают не до конца, и одно из реагирующих веществ не расходуется полностью. В реакциях, образующиеся продукты, которые, вступая в химическую реакцию, образуют исходные вещества. Такая реакция никогда не останавливается. Поэтому необратимая реакция может протекать только в одном направлении, а обратимые реакции, как в прямом, так и в обратном направлении.

Примеры: 1)При взаимодействии цинка с концентрированной азотной кислотой образуется соль. Zn + 4HNO3 = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O. Эта реакция необратимая, то есть может протекать только в одном направлении до того, как израсходуется весь цинк.

2) Синтез аммиака.

N2 + 3H2↔ 2NH3. Обратимая реакция. При определённых условиях аммиак разлагается на азот и водород. Изменение скорости прямой и обратной реакциях с течением времени имеет вид. В первый момент времени скорость реакции будет максимальной, а обратная реакция равна 0. С течением времени концентрация исходных веществ уменьшается, и скорость прямой реакции также уменьшается.

В ходе этой реакции образуется некоторое количество продуктов реакции, и концентрация продуктов реакции возрастает, и скорость обратной реакции тоже возрастает. В определённый момент времени скорость прямой реакции становится равной скорости обратной реакции, и наступает химическое равновесие. При равновесии протекает, как прямая реакция, так и обратная химическая реакция, поэтому такое химическое равновесие называется динамическим.

Количественной характеристикой хим. равновесия служит константа хим. равновесия. К- константа хим. равновесия отношение концентрации продукта реакции на произведение концентрации исходных вещ-в. При пост Т константа равновесия обратимой реакции яв-ся постоянной величиной, показывая соотношение м/у концентрации продуктов реакции и исходных вещ-в, кот устанав. в процессе равновесия. На состояние хим. равновесия, оказывают влияние концентрации реагир. вещ-в, Т, а для газообразных вещ-в и давление. При изменении одного из этих параметров равновесие нарушается и концентрация всех реагир. вещ-в измен. До тех пор, пока не установлено новое равновесие. Подобный переход из одного состояния равновесия к др. наз-ся смещением хим. равновесия. При повыш. концентрации к-л из вещ-в участв. в реакции равновесия смещается в сторону расходования этого вещ-ва. При понижении концентрации вещ-в равновесие смещается в сторону образования этого вещ-ва.

34.Ххимическое равновесие, константа смещения равновесия, принцип Ле Шателье.

Количественной характеристикой хим. равновесия служит константа хим. равновесия. К- константа хим. равновесия отношение концентрации продукта реакции на произведение концентрации исходных вещ-в. При пост Т константа равновесия обратимой реакции яв-ся постоянной величиной, показывая соотношение м/у концентрации продуктов реакции и исходных вещ-в, кот устанав. в процессе равновесия. На состояние хим. равновесия, оказывают влияние концентрации реагир. вещ-в, Т, а для газообразных вещ-в и давление. При изменении одного из этих параметров равновесие нарушается и концентрация всех реагир. вещ-в измен. До тех пор, пока не установлено новое равновесие. Подобный переход из одного состояния равновесия к др. наз-ся смещением хим. равновесия. При повыш. концентрации к-л из вещ-в участв. в реакции равновесия смещается в сторону расходования этого вещ-ва. При понижении концентрации вещ-в равновесие смещается в сторону образования этого вещ-ва.

Если система находится в равновесии, то она будет пребывать в нём до тех пор, пока внешние условия сохраняются постоянно. Если условия изменяются, то система выйдет из равновесия, скорость прямой реакции и обратной реакции изменяются неодинаково, и, тогда будет протекать химическая реакция. Наибольшее влияние на нарушение химического равновесия оказывает:1.концентрация реагирующих веществ;2.давление;3.температура

Влияние концентрации на смещение химического равновесия. Увеличение концентрации какого-либо из веществ, приводит к увеличению концентрации прямой или обратной реакции. Предположим, что в прямом направлении реакция станет протекать быстрее, тогда концентрация исходных продуктов уменьшается и скорость прямой реакции, а концентрация продуктов реакции, а скорость обратной реакции тоже увеличивается.

Влияние давления. Когда в реакции участвуют газы, равновесие может нарушиться при изменении объема системы. Если при постоянной температуры увеличить давление так, чтобы объём уменьшился в 2 раза, то в первый момент концентрация всех газов возрастает в двое, при этом изменится соотношение между скоростью прямой и обратной реакции, равновесие таким образом нарушается. Равновесие смещается в сторону давления. Таким образом в результате увеличения давления в 2 раза скорость прямой реакции увеличивается в 8 раз, скорость обратной реакции только в 4 раза. (т.е прямая реакция будет преобладать над обратной вновь устанавливается равновесие). при увеличении давления путем сжатия системы равновесие сдвигается в сторону уменьшения числа молекул газа, т.е. в сторону понижения давления. При уменьшении давления равновесия сдвигается в сторону возрастания числа молекул газа, т.е в сторону увеличения давления. В случаи, когда реакция протекает без изменения числа молекул газа, равновесие не нарушается и давление таким образом не оказывает влияние на равновесие(в такой системе никак не влияет).

Влияние температуры. Равновесие в большинстве химических реакций, сдвигается при изменении температуры. Фактором определяющим направление смещения равновесия является знак теплового эффекта реакции. При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции. При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции. При повышение температуры равновесие сдвигается в сторону эндотермической реакции.

Таким образом общий принцип определяющий влияние на равновесии в системе был сформулирован Ле Шателье. Если на систему находящуюся в равновесии оказать какое-либо воздействие, то в результате

протекающих в них процессах равновесие сместиться, что оказываемое воздействие уменьшиться.