Гомогенные и гетерогенные реакции

Гетерогенные и гомогенные реакции

Для обратимых экзотермических реакций с повышением температуры равновесный выход продукта непрерывно уменьшается, а действительный выход увеличивается при низких температурах и уменьшается при высоких, проходя через максимум при оптимальной температуре.

Абсолютное значение максимального выхода и соответствующее ему значение оптимальной температуры изменяются в зависимости от активности катализатора, концентрации реагирующих веществ и других условий процесса, но оптимальная температура всегда понижается с увеличением степени превращения.

Эти закономерности справедливы для всех простых обратимых экзотермических газовых реакций, в частности для промышленных каталитических процессов: гидрирования, окисления, гидратации и подобного, для реакций синтеза аммиака, каталитического окисления SO 2. конверсии оксида углерода, окисления этилена в оксид этилена и др.

Сложным может быть влияние температуры на каталитические процессы, в которых повышение температуры до некоторого предела вызывает протекание вредных побочных реакций (например, для синтеза метанола и эталона, окисления аммиака и др.). При этом необходимо анализировать влияние температуры на каждую реакцию в отдельности.

По фазовому состоянию реагентов реакции бывают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные). В гомогенных реакциях все взаимодействующие вещества находятся в одной фазе (газовой, жидкой или твердой). Зоной реакции при проведении гомогенных реакций служит весь реакционный объем. В гетерогенных процессах реагенты, принимающие участие в реакции, находятся в разных фазах. В реакционном объеме одновременно находятся две или более фазы, а химическая реакция протекает на границе раздела фаз или в объеме одной из фаз.

Гетерогенные двухфазные реакции в зависимости от агрегатного состояния исходных веществ б ывают следующих типов:
1. в системе «газ – твердое тело»;
2. между двумя несмешивающимися жидкостями;
3. в системе «газ – жидкость»;
4. в системе «жидкость – твердая фаза».

Реакция сжигания угля служит примером гетерогенной реакции в системе «газ – твердое тело». Твердая фаза – углерод, взаимодействуя с газообразным кислородом, дает газообразный продукт реакции – углекислый газ.

Примером реакции между несмешивающимися жидкостями может служить реакция нитрования толуола азотной кислотой, в которой оба исходных вещества являются взаимонерастворимыми жидкостями.

Примером реакции в системе «газ – жидкость» является реакция поглощения ангидрида водой с образованием жидкой серной кислоты.

Реакция между серной кислотой и окисью меди служит примером гетерогенной реакции «жидкость – твердая фаза».

Гетерогенные системы бывают также трехфазными.

Гомогенные и гетерогенные реакции Гомогенные и гетерогенные реакции

Гетерогенные реакции – просто и понятно!

Многие школьники сетуют на то, что не понимают химию и считают ее одним из самых сложных школьных предметов. Например, одно словосочетание «гетерогенные реакции» наводят на многих учеников панический ужас. В чем-то они, без сомнения правы. Но все же с химией можно и нужно дружить. Она окружает нашу жизнь повсюду. Самый хороший совет для учащихся, которые твердо решили подружиться с этой нелегкой наукой — это учить заданный учителем материал к каждому уроку. Готовиться к занятиям не по принципу: «Меня сегодня не спросят — значит можно не учить!», а по принципу: «Я хочу все знать и понимать, поэтому выучу даже то, о чем меня не спросят!». Лишь при таком подходе к делу химия станет для вас открытой книгой. И вы станете понимать и замечать ее во всех проявлениях нашей жизни.

В этой статье мы остановимся лишь на таком химическом понятии, как гетерогенные реакции. Как понять этот термин? Если со словом реакция все более или менее понятно (оно обозначает взаимодействие веществ), то вот со словом «гетерогенные9raquo; — у многих школьников возникают проблемы. Тут нужно вспомнить перевод с греческого слова «гетерос9raquo; — значит, разный, непохожий.

Гетерогенные реакции: примеры из жизни

Гетерогенные реакции протекают между разными по своей природе, а точнее физическому состоянию веществами. Еще из начальной школы каждому учащемуся известно, что любое вещество может находиться в 3 агрегатных состояниях (или в 3 фазах): в твердом виде, в виде жидкости или в газообразном состоянии. Так вот, гетерогенной считается реакция, если вещества, вступающие в нее, находятся в разных агрегатных состояниях, например:

  • газ + жидкость,
  • газ + твердое вещество,
  • жидкость + твердое вещество.

Если же вещества, реагирующие между собой, находятся в одном агрегатном состоянии, то такие реакции называются гомогенные. Слово тоже можно перевести с греческого: «гомос9raquo; — одинаковый, похожий.

Гомогенные и гетерогенные реакции широко встречаются в нашей жизни. Рассмотрим, например, реакцию горения дров. Дрова – это, по большому счету, химическое вещество органического происхождения — целлюлоза. Без сомнения, дрова — это вещество, которое находится в твердом агрегатном состоянии. Они горят за счет действия кислорода. Кислород — это газ. В результате реакции горения дров образуется уголь, углекислый газ и вода. Горение дров, как и горение спирта — это гетерогенные реакции. Примеры можно приводить до бесконечности.

1) Ржавление железа. Во-первых, это химическая реакция, потому что в результате из железа образуется новое вещество – ржавчина гидроксид железа (III). Во-вторых, это гетерогенный процесс, так как железо – это твердое вещество, а вода и кислород воздуха, под воздействием которых происходит ржавление, — это жидкость и газ соответственно. Этот процесс можно записать с помощью следующего уравнения реакции :

Fe(тв.) + Н2O(ж.) + О2 (г.) = Fe(OH)3 (тв.)

2) Гашение соды уксусом. Многие мамы используют эту химическую реакцию для приготовления пышного теста. При этом берется твердая сода NaHCO3 в порошкообразном виде и 3%-ный раствор уксусной кислоты CH3COOH, следовательно, это тоже гетерогенный процесс, так как взаимодействуют 2 вещества, находящиеся в разных агрегатных состояниях. Этот процесс описывается уравнением:

NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2

Обратите внимание, что и продукты реакции здесь находятся в разных агрегатных состояниях – ацетат натрия CH3COONa и вода + H2O – это жидкости, а CO2 – это углекислый газ.

3) Почернение бронзовых памятников или изделий из серебра под действием условий окружающей среды — это тоже гетерогенные реакции.

Надеюсь, что теперь это термин не вызывает у вас никаких затруднений. А если вопросы еще остались, не поленитесь открыть учебник по химии за 8 класс и повторить пройденный материал еще раз. Это никогда не повредит, ведь не зря же русская пословица гласит: «Повторенье — мать ученья!»

Гомогенные и гетерогенные реакции

9 знаменитых женщин, которые влюблялись в женщин Проявление интереса не к противоположному полу не является чем-то необычным. Вы вряд ли сможете удивить или потрясти кого-то, если признаетесь в том.

Гомогенные и гетерогенные реакции

7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.

Гомогенные и гетерогенные реакции

Непростительные ошибки в фильмах, которых вы, вероятно, никогда не замечали Наверное, найдется очень мало людей, которые бы не любили смотреть фильмы. Однако даже в лучшем кино встречаются ошибки, которые могут заметить зрител.

Гомогенные и гетерогенные реакции

10 самых «фотогеничных» нарядов Вы прекрасно себя чувствуете в своем любимом свободном платье или огромном вязаном свитере и наслаждаетесь жизнью. Однако все меняется, как только вы.

Гомогенные и гетерогенные реакции

7 вещей, которые следует мыть и стирать каждый день Это может показаться еще одним пунктом в бесконечном списке ежедневных дел, но за этим кроется эффективный метод, который позволяет создать положитель.

Гомогенные и гетерогенные реакции

5 привычек, которые гарантируют, что вы не достигните успеха в жизни Наши ежедневные привычки делают из нас тех, кем мы являемся. Какие-то из них способны привести нас к успеху, а другие, напротив, гарантируют неизбежны.

13. Гомогенные и гетерогенные реакции

Скорость реакции определяется числом активных столкновений между молекулами реагирующих веществ. Реакции, протекают в однородной среде, называются гомогенными. Скорость гомогенной реакции может быть определена количеством вещества образующимся либо расходующимся в единицу времени или единицу объема. Реакции, протекающие в неоднородной среде, называются гетерогенными. Скорость гетерогенный реакции может быть определена количеством вещества образующимся в единицу времени на единице поверхности раздела реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации веществ Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение реагирующих частиц. Число столкновений растет с увеличением числа реагирующих частиц в единице объема, т.е. с увеличением концентрации веществ. Это утверждение нашло отражение в законе действующих масс, который установили в 1867 г. норвежские химики К.Гульдберг и П. Вааге: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

выражение кинетического уравнения скорости имеет вид

Гомогенные и гетерогенные реакции,

где k – константа скорости реакции, не зависит от концентрации веществ, но зависит от их природы и температуры; b и d –порядки реакции, установленные опытным путем (для простых реакций совпадают со стехиометрическими коэффициентами в уравнении), сА и сВ – концентрации реагентов. Закон действующих масс справедлив лишь для наиболее простых по своему механизму реакций, протекающих в газах или растворах. Часто уравнение реакции не отражает ее механизма. Сложные реакции можно представить как совокупность простых процессов, протекающих последовательно или параллельно. Закон действующих масс справедлив для каждой отдельной стадии реакции, но не для всего взаимодействия в целом. Та стадия процесса, скорость которой минимальна, лимитирует (определяет) скорость реакции, в общем. Поэтому закон действующих масс для лимитирующей стадии процесса приложим и ко всей реакции в целом.

14.Константа скорости реакции(удельная скорость реакции) — коэффициент пропорциональности в кинетическом уравнении. Физический смысл константы скорости реакции k следует из уравнения закона действующих масс: k численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной 1 моль/л. Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.

15.Скорость химической реакции. Порядок реакции, молекулярность.

Скорость реакции – это число частиц образованных за единицу времени в единице объема.

Скорость химической реакции равна изменению количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства. Гомогенная реакция протекает в одной фазе. Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз.

Все реакции можно подразделить на простые и сложные. Простые реакции протекают в одну стадию и называется одностадийными. Сложные реакции идут либо последовательно (многостадийные реакции), либо параллельно, либо последовательно-параллельно. Порядок реакции — это сумма порядков реакции по реагентам. Порядок реакции определяется суммой величин показателей степени при значениях концентраций исходных веществ в кинетическом уравнении. Наиболее часто встречаются реакции первого и второго порядка. Реакции третьего порядка крайне редки.

Зависимость скорости реакции от концентрации веществ Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение реагирующих частиц. Число столкновений растет с увеличением числа реагирующих частиц в единице объема, т.е. с увеличением концентрации веществ. Это утверждение нашло отражение в законе действующих масс, который установили в 1867 г. норвежские химики К.Гульдберг и П. Вааге: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

выражение кинетического уравнения скорости имеет вид

Гомогенные и гетерогенные реакции,

где k – константа скорости реакции, не зависит от концентрации веществ, но зависит от их природы и температуры; b и d –порядки реакции, установленные опытным путем (для простых реакций совпадают со стехиометрическими коэффициентами в уравнении), сА и сВ – концентрации реагентов.

§9.5 Реакции гомогенные и гетерогенные. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

Кинетические уравнения, рассмотренные в предыдущем параграфе, справедливы только для гомогенных реакций, т.е. для таких реакций, которые идут в какой-нибудь одной фазе – газовой или жидкой. Например, это могут быть реакции между двумя газами, либо реакции, протекающие при сливании растворов:

NaOH(р-р) + HCl(р-р) = NaCl(р-р) + H2 O.

Но существует и множество других реакций, происходящих на границах раздела фаз – между газообразным веществом и раствором, между раствором и твердым веществом, между твердым и газообразным веществами. Такие реакции называются гетерогенными. В качестве типичного примера гетерогенной реакции рассмотрим лабораторный метод получения водорода из металлического цинка и разбавленной серной кислоты:

Рис. 9-11. Разная скорость реакции в опытах с одной крупной или несколькими мелкими гранулами цинка в серной кислоте.

Цинк в виде гранул (кусочки металла неправильной формы и разной величины) помещают в разбавленный раствор серной кислоты и собирают выделяющийся газообразный водород. В пробирке с одной крупной гранулой реакция идет заметно медленнее (рис. 9-11). При одинаковой массе цинка в пробирках количество выделившегося водорода в обоих опытах будет одинаковым, но в пробирке с мелкими гранулами реакция закончится быстрее. Причина в том, что реакция между цинком и раствором серной кислоты идет только на поверхности контакта гранул с раствором (граница раздела фаз), а общая поверхность у нескольких мелких гранул больше. чем у одной крупной гранулы той же массы. Цинк в виде порошка для этой реакции использовать просто опасно – реакция начинает идти настолько быстро, что смесь выплескивается из пробирки.

Для такой гетерогенной реакции уже нельзя записать кинетическое уравнение вида:

Один из членов этого уравнения – «молярная концентрация цинка» — не имеет смысла, поскольку цинк находится в твердой фазе. Из опыта мы видим, что на скорость гетерогенной реакции влияет степень раздробленности твердого вещества. В принципе, этот фактор может учитываться (чисто экспериментально) константой скорости реакции – тогда для реакций с одной крупной или несколькими мелкими гранулами численные значения k будут разными, а кинетическое уравнение реакции в общем случае примет вид:

** Но и такое уравнение не сможет достаточно хорошо описывать скорость нашей реакции. Во-первых, в ходе реакции гранулы постепенно уменьшаются в размерах, площадь их поверхности меняется и константа скорости реакции k уже не может учитывать это изменение. Если использовать гранулы из очень чистого цинка, то к ним «прилипает» образующийся водород (как это ни удивительно) и площадь контакта реагентов меняется непредсказуемо. Во-вторых, на поверхности раздела фаз концентрация серной кислоты совсем не такая, как в верхних слоях раствора. В зоне реакции активно образуется раствор соли ZnSO4. который вытесняет раствор серной кислоты с поверхности гранул.

Итак, мы видим, что в общем случае скорость гетерогенной реакции зависит от:
а) скорости подвода реагентов к границе раздела фаз;
б) скорости реакции на поверхности раздела фаз, которая зависит от площади этой поверхности;
в) скорости отвода продуктов реакции от границы раздела фаз.

Стадии (а) и (в) называются диффузионными. (см. словарь терминов) а стадия (б) – кинетической. Та стадия, которая протекает наиболее медленно, называется лимитирующей – именно она определяет скорость реакции в целом.

Универсального выражения для скорости гетерогенных реакций не существует, поскольку каждая из стадий (а-в) при определенных условиях может быть лимитирующей. Но в некоторых случаях, когда диффузионные стадии заведомо не являются лимитирующими из-за активного перемешивания реагентов, а площадь поверхности раздела фаз меняется медленно, можно экспериментально получить кинетические уравнения типа (2), удовлетворительно описывающие протекание гетерогенных реакций. Это имеет важное значение для химического производства, где большинство используемых реакций – гетерогенные.

Когда на экзамене абитуриента просят перечислить факторы, влияющие на скорость химической реакции, то обычно ожидают такого ответа:
— природа реагирующих веществ ,
— концентрация реагентов ,
— температура ,
— наличие катализатора .

** На самом деле этот перечень шире: мы уже знаем, что на скорость гетерогенных реакций сильное влияние оказывает площадь поверхности раздела фаз и диффузия. Однако полезно обобщить перечисленные выше четыре фактора, понимая при этом, что они имеют отношение главным образом к гомогенным реакциям.

Под влиянием природы реагирующих веществ обычно подразумевают то простое обстоятельство, что разные вещества реагируют по-разному. Это тривиальное наблюдение можно сделать более ценным, если анализировать примеры разной реакционной способности сходных по строению веществ в однотипных реакциях. Например, реакция газообразного иодистого водорода с кислородом при комнатной температуре идет с заметной скоростью:

Аналогичная реакция газообразных HCl и O2 с образованием хлора и воды при комнатной температуре идет очень медленно. Обе реакции – окислительно-восстановительные и для их протекания атом галогена в молекулах HCl или HI должен передать электрон кислороду (убедитесь в этом, расставив степени окисления над атомами в уравнении реакции). Иод в молекуле HI – более подходящий донор электрона, т.к. его валентная оболочка находится существенно дальше от ядра, чем у атома хлора в молекуле HCl. Таким образом, знание электронного строения атомов и молекул реагирующих веществ часто позволяет качественно оценить относительные скорости некоторых реакций. Также под природой реагирующих веществ иногда могут подразумевать степень их раздробленности в гетерогенных реакциях.

Влияние концентрации реагентов на скорость реакций мы уже достаточно подробно обсудили – кинетические уравнения количественно учитывают этот фактор.

Что касается влияния температуры. то этот фактор действует одинаково как на скорость реакции v, так и на константу скорости k – обе эти величины быстро возрастают с повышением температуры. Полезно рассмотреть влияние температуры именно на константу скорости – в этом случае нашу задачу не осложняют постоянно меняющиеся в ходе реакции концентрации реагирующих веществ.

Еще в XIX веке голландский физикохимик Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 о С скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза. На языке химической кинетики правило Вант-Гоффа можно выразить следующим соотношением:

Здесь &#&47; (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, kt и kt+10 – константы скорости реакции при температурах t и (t + 10) о С. Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Температурные коэффициенты используют главным образом в учебной литературе – для нужд химической кинетики они мало пригодны, поскольку не сохраняют строго постоянных значений в разных интервалах температур. Но нам с вами температурные коэффициенты позволят наглядно разобраться в характере зависимости скорости реакции от температуры. Эта зависимость нелинейная, т.е. скорость реакции возрастает гораздо быстрее, чем температура.

Покажем это на примере реакции, с температурным коэффициентом &#&47; = 2,9. Допустим, мы хотим выяснить, во сколько раз возрастет скорость реакции (и константа скорости k) при повышении температуры от 50 о С до 100 о С. Примем за единицу константу скорости при 50 о С (k50 = 1). Через 10 о (т.е. при 60 о С) константа k вырастет в 2,9 раза: k60 = 2,9. Еще через 10 о (при 70 о С) значение константы составит: k70 = k60. 2,9 = 2,9 2. Так, продолжая добавлять 10-градусные интервалы, мы придем к значению k100 = 2,9 5. В общем случае:

Где n – число 10-градусных интервалов в заданном интервале повышения температуры. В нашем примере при повышении температуры от 50 о до 100 о таких интервалов 5. При этом мгновенная скорость реакции и константа скорости реакции возрастут примерно в 595 раз:

** Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:

Здесь k – константа скорости, e – важное в математике число (равное приблизительно 2,71 и возникающее во многих математических преобразованиях), R – газовая постоянная, T – абсолютная температура в Кельвинах (об R и T см. в §5.6 книги 1), Ea – энергия активации. Еще одна постоянная А – «константа Аррениуса» или «предэкспонента» определяется для каждой конкретной реакции и имеет ту же размерность, что и константа скорости k.

Многие наши читатели пока не знакомы с логарифмами, поэтому здесь мы не будем приводить способ решения такого уравнения. Для нас сейчас важен общий нелинейный характер зависимости константы скорости k от температуры, а также характер связи между скоростью реакции и энергией активации. Если левую и правую части уравнения Аррениуса разделить на постоянную А и записать число e его приближенным численным значением, то уравнение примет вид:

Напомним, что Ea – величина примерно постоянная для каждой реакции, не зависящая от температуры. В полученном выражении она входит в показатель степени при 2,71. Чем больше Ea конкретной реакции, тем больше будет знаменатель дроби и тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Если же рассматривать какую-нибудь одну реакцию (с фиксированной Ea ) при разных температурах, то повышение Т быстро уменьшает нижнюю часть дроби и, следовательно, измеряемая k будет быстро расти.

Повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер Ea. При прочих равных условиях чем выше барьер Ea. тем меньше скорость реакций. Многие (даже энергетически выгодные, экзотермические реакции) могут идти с заметной скоростью лишь в очень жестких условиях именно из-за высокой энергии активации. К таким реакциям, например, относится получение аммиака NH3 из азота и водорода. Аммиак является важнейшим сырьем для производства многих химических продуктов. Задачу его синтеза (как и синтеза множества других полезных соединений) позволяет решить применение катализаторов — веществ, способных понижать энергию активации реакции Ea. Катализаторы не расходуются в ходе реакции, поэтому достаточно сравнительно небольшого их количества для переработки большой массы реагентов. Значительное повышение скорости реакций под влиянием таких веществ называется катализом . Этому химическому феномену посвящен следующий параграф нашего учебника.

9.18. Во сколько раз увеличится константа скорости химической реакции при повышении температуры на 30 о С, если &#&47; = 4?

9.19. На сколько градусов следует повысить температуру, чтобы константа скорости реакции выросла в 32 раза (&#&47; = 2)?

9.20. При повышении температуры с 20 о С до 60 о С скорость реакции возрастает в 150 раз. Вычислите температурный коэффициент реакции.

9.21 (ФМШ). Температурный коэффициент газовой реакции 2А + В = С равен 3. Как изменится константа скорости реакции при повышении температуры от 20 о С до 80 о С и одновременном увеличении давления в 2 раза?

Гомогенные и гетерогенные реакции

При рассмотрении вопроса о скорости реакции необходимо различать реакции, протекающие в гомогенной системе (гомогенные реакции), и реакции, протекающие в гетерогенной системе (гетерогенные реакции).
Системой в химии принято называть рассматриваемое вещество или совокупность веществ. При этом системе противопоставляется внешняя среда — вещества, окружающие систему. Обычно система отграничена от среды.

Различают гомогенные и гетерогенные системы. Гомогенной называется система, состоящая из одной фазы. Гетерогенной — система, состоящая из нескольких фаз. Фазой называется часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства системы изменяются скачком.
Примером гомогенной системы может служить любая газовая смесь (все газы при не очень высоких давлениях неограниченно растворяются друг в друге), хотя бы смесь азота с кислородом.

Другим примером гомогенной системы может служить раствор хлорида натрия, сульфата магния, азота и кислорода в воде. В каждом из этих двух случаев система состоит только из одной фазы: из газовой фазы в первом примере и из водного раствора во втором.
Если реакция протекает в гомогенной системе, то она идет во всем объеме этой системы. Например, при сливании (и перемешивании) растворов серной кислоты и тиосульфата натрия помутнение, вызываемое появлением серы, наблюдается во всем объеме раствора:
¯+S9shy;H2SO4+Na2S2O3= Na2SO4+Н2O+SO2

Если реакция протекает между веществами, образующими гетерогенную систему, то она может идти только на поверхности раздела фаз, образующих систему. Например, растворение металла в кислоте: Fe+2HCl=FeCl2 + H2 может протекать только на поверхности металла, потому что только здесь соприкасаются друг с другом оба реагирующих вещества. В связи с этим4скорость гомогенной реакции и скорость гетерогенной реакции определяются различно, Скорость гомогенной реакции определяется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объёма системы.

Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений. [1]

Скорость химической реакции

Основная статья: Скорость химической реакции

Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Эта величина определяет, как изменяется концентрация компонентов реакции с течением времени. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на −1.
Например для реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции скорость можно выразить так:

Гомогенные и гетерогенные реакции

В 1865 году Н. Н. Бекетовым и в 1867 году К. М. Гульдбергом и П. Вааге был сформулирован закон действующих масс, согласно которому скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведённым в некоторые степени. Кроме концентрации на скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы: природа реагирующих веществ, наличие катализатора, температура (правило Вант-Гоффа) и площадь поверхности раздела фаз.

Порядок химической реакции

Порядок реакции по данному веществу — показатель степени при концентрации этого вещества в кинетическом уравнении реакции.

Реакция нулевого порядка

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции

График зависимости концентрации реагента A в реакции A → B от времени для нулевого порядка реакции

Кинетическое уравнение имеет следующий вид:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Скорость реакции нулевого порядка постоянна во времени и не зависит от концентраций реагирующих веществ. Нулевой порядок характерен, например, для гетерогенных реакций в том случае, если скорость диффузии реагентов к поверхности раздела фаз меньше скорости их химического превращения.

Реакция первого порядка

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции

График зависимости концентрации реагента A для первого порядка реакции

Кинетическое уравнение реакции первого порядка:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Приведение уравнения к линейному виду даёт уравнение:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Константа скорости реакции вычисляется как тангенс угла наклона прямой к оси времени:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции

Реакция второго порядка

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции

График зависимости концентрации реагента A для второго порядка реакции

Для реакций второго порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции

В первом случае скорость реакции определяется уравнением

Гомогенные и гетерогенные реакции

Линейная форма уравнения:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Константа скорости реакции равна тангенсу угла наклона прямой к оси времени:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные и гетерогенные реакции

Во втором случае выражение для константы скорости реакции будет выглядеть так:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Период полупревращения (для случая равных начальных концентраций!):

Гомогенные и гетерогенные реакции

Молекулярность элементарной реакции — число частиц, которые, согласно экспериментально установленному механизму реакции, участвуют в элементарном акте химического взаимодействия.

Мономолекулярные реакции — реакции, в которых происходит химическое превращение одной молекулы (изомеризация, диссоциация и т. д.):

Бимолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении двух частиц (одинаковых или различных):

СН3 Вr + КОН → СН3 ОН + КВr

Тримолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении трех частиц:

Реакции с молекулярностью более трёх неизвестны.

Для элементарных реакций, проводимых при близких концентрациях исходных веществ, величины молекулярности и порядка реакции совпадают. Чётко определенной взаимосвязи между понятиями молекулярности и порядка реакции нет, так как порядок реакции характеризует кинетическое уравнение реакции, а молекулярность — механизм реакции.

Основная статья: Катализ

Гомогенные и гетерогенные реакции

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Катализ — процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами. Каталитические реакции — реакции, протекающие в присутствии катализаторов.

Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает, отрицательным (ингибированием) — при котором она убывает. Примером положительного катализа может служить процесс окисления аммиака на платине при получении азотной кислоты. Примером отрицательного — снижение скорости коррозии при введении в жидкость, в которой эксплуатируется металл, нитрита натрия, хромата и дихромата калия.

Многие важнейшие химические производства, такие, как получение серной кислоты, аммиака, азотной кислоты, синтетического каучука, ряда полимеров и др. проводятся в присутствии катализаторов.

Гидролиз (от греч. hydor-вода и lysis — разложение, распад), обменная реакция между веществом и водой. Количественно гидролиз характеризуют константой гидролиза (константой равновесия реакции гидролиза) КГ и степенью Гомогенные и гетерогенные реакции. представляющей собой отношение числа частиц ионов или молекул, подвергшихся гидролизу, к общему числу частиц, введенных в раствор. При Гомогенные и гетерогенные реакции и Гомогенные и гетерогенные реакции связаны друг с другом как константа и степень ионизации электролита. Гомогенные и гетерогенные реакции где с-концентрация раствора в моль/л).

При гидролизе солей образуются основания и кислоты. В большинстве случаев это обратимая реакция. Необратимо гидролизуются соли, образованные катионом очень слабого основания и (или) анионом очень слабой кислоты, например:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Соли, образованные катионом сильного основания и анионом сильной кислоты (например, LiClO4. NaNO3. KCl), в обычных условиях не гидролизуются и для их водных растворов рН Гомогенные и гетерогенные реакции 7. Соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты (например,CH3 COONa), гидролизуются по аниону.

Гомогенные и гетерогенные реакции

Благодаря образованию ионов ОН водные растворы таких солей имеют щелочную реакцию (рН > 7). Соли слабых многоосновных кислот гидролизуются ступенчато, причем гидролиз по первой ступени всегда преобладает:

Гомогенные и гетерогенные реакции

При гидролизе некоторых анионов (WO4 2-. VO4 3- и др.) образуются изополианионы (например, W3 O10 2-. V2 O7 4- ), молекулярная масса и состав которых зависят от условий реакции.

Соли, образованные катионом слабого основания и анионом сильной кислоты (например, АlСl3 ), гидролизуются по катиону. В реакции участвует только катион, обычно входящий в состав аквакомплекса.

Гомогенные и гетерогенные реакции Химическое Сырьё! Дёшево! Оптом. Пигменты, Реактивы, Реагенты, Содопродукты и др. Доставка Бесплатно! Скидки! chem-opt.opt.ru

Гомогенные и гетерогенные реакции

Вследствие образования гидроксоний-ионов водные растворы таких солей имеют кислую реакцию (рН < 7). Иногда процесс не заканчивается образованием одноядерного аквагидроксокомплекса, а идет дальше с образованием осадка гидроксо- или оксосоли (редко-гидроксида). При комнатной температуре в большинстве случаев гидролиз протекает с образованием остающихся в растворе многоядерных гидроксокомплексов, состав которых, как правило, зависит от условий реакции. Например, в водных растворах, содержащих катионы Fe 3+. Be 2+. Sn 2+. образуются комплексы [Fe2 (OH)2 ] 4+. [Веэ (ОН)3 ] 3 +, [Sn3 (OH)4 ] 2+ .

Соли, образованные катионом слабого основания и анионом слабой кислоты, напр. Сu(ООССН3 )2. гидролизуются по катиону и по аниону.

Растворы таких солей имеют слабокислую или слабощелочную реакцию в зависимости от того, какой ион гидролизуется в большей степени.

При гидролизе галогенангидридов образуются две кислоты — кислородсодержащая и галогеноводородная; реакция в большинстве случаев идет необратимо:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гидролиз органических соединений широко используется для получения спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот из их производных или галогензамещенных углеводородов, например:

Гомогенные и гетерогенные реакции

где X = Аг, ОН, NHAr и др.

гидролиз ускоряется в присутствии кислот и оснований, а также ионов металлов, способных прочно связываться с одним из продуктов и смещать тем самым равновесие реакции, например:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Подбор соответствующих условий и катализаторов позволяет избирательно расщеплять отдельные связи в молекулах, содержащих несколько группировок, способных гидролизоваться, например:

Гомогенные и гетерогенные реакции

Известна обширная группа ферментов (так называемых гидролаз), катализирующих высокоселективный гидролиз молекул природных соединений. На этих процессах основано большинство методов изучения строения биополимеров.

Гидролиз органических соединений широко используется для получения глюкозы, этилового спирта, карбоновых кислот и других гидролиз жиров — основа промышленного получения мыла и глицерина. Ферментативный гидролиз органических соединений применяется в пищевой, текстильной, фармацевтической промышленности. См. также Гидролизные производства

188.123.231.15 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *