DEFINITION
Chemische Kinetik- das Studium der Geschwindigkeiten und Mechanismen chemischer Reaktionen.
Die Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeiten, die Gewinnung von Daten über die Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen, sowie die Untersuchung der Mechanismen chemischer Reaktionen wird experimentell durchgeführt.
DEFINITION
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion- Änderung der Konzentration eines der reagierenden Stoffe oder Reaktionsprodukte pro Zeiteinheit bei konstantem Volumen des Systems.
Die Geschwindigkeit von homogenen und heterogenen Reaktionen wird unterschiedlich bestimmt.
Die Definition eines Maßes für die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion kann in mathematischer Form geschrieben werden. Seien Sie - die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion in einem homogenen System, n B - die Anzahl der Mole einer der aus der Reaktion resultierenden Substanzen, V - das Volumen des Systems, - Zeit. Dann im Limit:
Diese Gleichung kann vereinfacht werden - das Verhältnis von Stoffmenge zu Volumen ist die molare Konzentration des Stoffes n B / V \u003d c B, woraus dn B / V \u003d dc B und schließlich:
In der Praxis werden in bestimmten Zeitabständen die Konzentrationen einer oder mehrerer Substanzen gemessen. Die Konzentrationen der Ausgangsstoffe nehmen mit der Zeit ab, während die Konzentrationen der Produkte zunehmen (Abb. 1).
Reis. 1. Änderung der Konzentration von Ausgangsstoff (a) und Reaktionsprodukt (b) mit der Zeit
Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen
Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen, sind: die Art der Reaktanten, ihre Konzentrationen, Temperatur, das Vorhandensein von Katalysatoren im System, Druck und Volumen (in der Gasphase).
Der Einfluss der Konzentration auf die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist mit dem Grundgesetz der chemischen Kinetik verbunden - dem Massenwirkungsgesetz (LMA): Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der Reaktanten, die auf die angehoben werden Potenz ihrer stöchiometrischen Koeffizienten. Das PDM berücksichtigt nicht die Konzentration von Stoffen in der Festphase in heterogenen Systemen.
Für die Reaktion mA + nB = pC + qD wird der mathematische Ausdruck des MAP geschrieben:
K × C A m × C B n
K × [A] m × [B] n ,
wobei k die Geschwindigkeitskonstante einer chemischen Reaktion ist, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei einer Konzentration von Reaktanten von 1 mol/l ist. Anders als die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hängt k nicht von der Konzentration der Reaktanten ab. Je höher k, desto schneller läuft die Reaktion ab.
Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird durch die Van't-Hoff-Regel bestimmt. Van't-Hoff-Regel: Mit jedem zehn Grad Temperaturanstieg erhöht sich die Geschwindigkeit der meisten chemischen Reaktionen um etwa das 2- bis 4-fache. Mathematischer Ausdruck:
(T 2) \u003d (T 1) × (T2-T1) / 10,
wo ist der Van't-Hoff-Temperaturkoeffizient, der zeigt, wie oft die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10 o C zunimmt.
Molekularität und Reaktionsordnung
Die Molekularität der Reaktion wird durch die minimale Anzahl von Molekülen bestimmt, die gleichzeitig interagieren (am Elementarakt teilnehmen). Unterscheiden:
- monomolekulare Reaktionen (Zersetzungsreaktionen können als Beispiel dienen)
N 2 O 5 \u003d 2NO 2 + 1 / 2O 2
K × C, -dC/dt = kC
Jedoch sind nicht alle Reaktionen, die dieser Gleichung gehorchen, monomolekular.
- bimolekular
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
K × C 1 × C 2 , –dC/dt = k × C 1 × C 2
- trimolekular (sehr selten).
Die Molekularität einer Reaktion wird durch ihren wahren Mechanismus bestimmt. Es ist unmöglich, seine Molekularität durch Aufstellen der Reaktionsgleichung zu bestimmen.
Die Reihenfolge der Reaktion wird durch die Form der kinetischen Reaktionsgleichung bestimmt. Sie ist gleich der Summe der Exponenten der Konzentrationsgrade in dieser Gleichung. Zum Beispiel:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2
K × C 1 2 × C 2 – dritte Ordnung
Die Reihenfolge der Reaktion kann fraktioniert sein. In diesem Fall wird sie experimentell bestimmt. Wenn die Reaktion in einer Stufe abläuft, dann stimmen die Reihenfolge der Reaktion und ihre Molekularität überein, wenn in mehreren Stufen, dann wird die Reihenfolge durch die langsamste Stufe bestimmt und ist gleich der Molekularität dieser Reaktion.
Beispiele für Problemlösungen
BEISPIEL 1
| Die Übung | Die Reaktion verläuft gemäß der Gleichung 2A + B = 4C. Die Anfangskonzentration von Substanz A beträgt 0,15 mol/l und nach 20 Sekunden 0,12 mol/l. Berechnen Sie die durchschnittliche Reaktionsgeschwindigkeit. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entscheidung | Schreiben wir die Formel zur Berechnung der durchschnittlichen Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion auf: Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion- Änderung der Menge eines der reagierenden Stoffe pro Zeiteinheit in einer Reaktionsraumeinheit. Es ist ein Schlüsselkonzept der chemischen Kinetik. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist immer positiv, wenn sie also durch die Ausgangssubstanz bestimmt wird (deren Konzentration während der Reaktion abnimmt), dann wird der resultierende Wert mit −1 multipliziert. Zum Beispiel für eine Reaktion: Der Ausdruck für die Geschwindigkeit sieht folgendermaßen aus: . Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu jedem Zeitpunkt ist proportional zu den Konzentrationen der Reaktanten, potenziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten.Bei Elementarreaktionen ist der Exponent beim Konzentrationswert jedes Stoffes oft gleich seinem stöchiometrischen Koeffizienten, bei komplexen Reaktionen wird diese Regel nicht eingehalten. Neben der Konzentration beeinflussen folgende Faktoren die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion:
Betrachten wir die einfachste chemische Reaktion A + B → C, dann fällt uns das auf sofortig Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist nicht konstant. Literatur
Wikimedia-Stiftung. 2010 . Sehen Sie in anderen Wörterbüchern nach, was die "Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion" ist:Grundbegriff der chemischen Kinetik. Bei einfachen homogenen Reaktionen wird die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch die Änderung der Molzahl der umgesetzten Substanz (bei konstantem Volumen des Systems) oder durch die Änderung der Konzentration einer der Ausgangssubstanzen gemessen ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch CHEMISCHE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT- das Grundkonzept der chem. Kinetik, die das Verhältnis der Menge der umgesetzten Substanz (in Mol) zur Zeitdauer ausdrückt, während der die Wechselwirkung stattfand. Da sich die Konzentrationen der Reaktanten während der Wechselwirkung ändern, ist die Geschwindigkeit normalerweise ... Große polytechnische Enzyklopädie chemische Reaktionsgeschwindigkeit- ein Wert, der die Intensität einer chemischen Reaktion charakterisiert. Die Bildungsrate eines Reaktionsprodukts ist die Menge dieses Produkts als Ergebnis einer Reaktion pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit (bei homogener Reaktion) oder pro ... ... Grundbegriff der chemischen Kinetik. Bei einfachen homogenen Reaktionen wird die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch eine Änderung der Molzahl der umgesetzten Substanz (bei konstantem Volumen des Systems) oder durch eine Änderung der Konzentration einer der Ausgangssubstanzen gemessen ... Enzyklopädisches Wörterbuch Ein Wert, der die Intensität einer chemischen Reaktion charakterisiert (siehe Chemische Reaktionen). Die Bildungsgeschwindigkeit eines Reaktionsprodukts ist die Menge dieses Produkts, die aus der Reaktion pro Zeiteinheit in Volumeneinheit entsteht (falls ... ... Hauptsächlich der Begriff der Chem. Kinetik. Für einfache homogene Reaktionen S. x. R. gemessen durch eine Änderung der Anzahl der umgesetzten Mole in va (bei einem konstanten Volumen des Systems) oder durch eine Änderung der Konzentration eines der anfänglichen in oder Reaktionsprodukte (wenn das Volumen des Systems ... Für komplexe Reaktionen bestehend aus mehreren. Stufen (einfache oder elementare Reaktionen), der Mechanismus ist eine Reihe von Stufen, wodurch die anfänglichen in va in Produkte umgewandelt werden. Vermittler in Ihnen bei diesen Reaktionen können als Moleküle agieren, ... ... Naturwissenschaft. Enzyklopädisches Wörterbuch - (engl. nukleophile Substitutionsreaktion) Substitutionsreaktionen, bei denen der Angriff durch ein nukleophiles Reagenz erfolgt, das ein ungeteiltes Elektronenpaar trägt. Die Abgangsgruppe in nukleophilen Substitutionsreaktionen wird als Nukleofug bezeichnet. Alle ... Wikipedia Die Umwandlung einer Substanz in eine andere, die sich in chemischer Zusammensetzung oder Struktur vom Original unterscheidet. Die Gesamtzahl der Atome jedes gegebenen Elements sowie die chemischen Elemente selbst, aus denen Substanzen bestehen, verbleiben in R. x. unverändert; diese R. x ... Große sowjetische Enzyklopädie Ziehgeschwindigkeit- lineare Geschwindigkeit der Metallbewegung am Ausgang der Matrize, m/s. Auf modernen Ziehmaschinen erreicht die Ziehgeschwindigkeit 50-80 m/s. Aber auch beim Drahtziehen überschreitet die Geschwindigkeit in der Regel 30–40 m/s nicht. Beim… … Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie Systeme. Aber dieser Wert spiegelt nicht die reale Möglichkeit der Reaktion wider, seine Geschwindigkeit und Mechanismus. Für eine vollständige Darstellung einer chemischen Reaktion muss man wissen, welche zeitlichen Muster während ihrer Durchführung existieren, d.h. chemische Reaktionsgeschwindigkeit und sein detaillierter Mechanismus. Die Geschwindigkeit und der Mechanismus der Reaktionsstudien chemische Kinetik die Wissenschaft der chemischen Prozesse. In Bezug auf die chemische Kinetik können Reaktionen klassifiziert werden in einfach und komplex. einfache Reaktionen- Prozesse, die ohne die Bildung von Zwischenverbindungen ablaufen. Entsprechend der Anzahl der daran beteiligten Teilchen werden sie unterteilt monomolekular, bimolekular, trimolekular. Die Kollision von mehr als 3 Teilchen ist unwahrscheinlich, daher sind trimolekulare Reaktionen ziemlich selten und viermolekulare sind unbekannt. Komplexe Reaktionen- Prozesse, die aus mehreren Elementarreaktionen bestehen. Jeder Prozess schreitet mit seiner ihm innewohnenden Geschwindigkeit fort, die durch die Veränderungen bestimmt werden kann, die über einen bestimmten Zeitraum auftreten. Mitte chemische Reaktionsgeschwindigkeit ausgedrückt als Änderung der Stoffmenge n verbrauchter oder erhaltener Stoff pro Volumeneinheit V pro Zeiteinheit t. υ = ± DN/ dt· v Wenn die Substanz verbraucht wird, setzen wir das Zeichen "-", wenn sie sich ansammelt - "+" Bei konstanter Lautstärke: υ = ± Gleichstrom/ dt, Einheit der Reaktionsgeschwindigkeit mol/l s Im Allgemeinen ist υ ein konstanter Wert und hängt nicht davon ab, welcher Substanz wir in der Reaktion folgen. Die Abhängigkeit der Konzentration des Reagens oder Produkts von der Reaktionszeit ist dargestellt als kinetische Kurve, was so aussieht: Es ist bequemer, υ aus experimentellen Daten zu berechnen, wenn die obigen Ausdrücke in den folgenden Ausdruck umgewandelt werden: Das Gesetz der aktiven Masse. Ordnungs- und Geschwindigkeitskonstante der ReaktionEiner der Formulierungen Gesetz der Massenwirkung klingt so: Die Geschwindigkeit einer elementaren homogenen chemischen Reaktion ist direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der Reaktanten. Wenn der untersuchte Prozess dargestellt wird als: a A + b B = Produkte dann kann die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ausgedrückt werden kinetische Gleichung: υ = k [A] a [B] b oder υ = kC ein A C b B Hier [ EIN] und [B] (C A undCB) - Konzentration der Reagenzien, ein undb sind die stöchiometrischen Koeffizienten einer einfachen Reaktion, k ist die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante. Die chemische Bedeutung der Menge k- Das schnelle Reaktion bei Einzelkonzentrationen. Das heißt, wenn die Konzentrationen der Stoffe A und B gleich 1 sind, dann υ = k. Es sollte berücksichtigt werden, dass bei komplexen chemischen Prozessen die Koeffizienten ein undb stimmen nicht mit den stöchiometrischen überein. Das Massenwirkungsgesetz ist unter einer Reihe von Bedingungen erfüllt:
Für komplexe Prozesse Gesetz der Massenwirkung kann nicht angewendet werden. Dies lässt sich damit erklären, dass ein komplexer Prozess aus mehreren Elementarstufen besteht und seine Geschwindigkeit nicht durch die Gesamtgeschwindigkeit aller Stufen bestimmt wird, sondern nur durch eine der langsamsten Stufen, die als bezeichnet wird begrenzen. Jede Reaktion hat ihre eigene Befehl. Bestimmen private (Teil-)Bestellung durch Reagenz u allgemeine (vollständige) Ordnung. Zum Beispiel im Ausdruck für die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion für einen Prozess a A + b B = Produkte υ = k·[ EIN] a·[ B] b a– Sortierung nach Reagenz SONDERN b — Reihenfolge nach Reagenz BEIM Allgemeiner Auftrag a + b = n Für einfache Prozesse die Reaktionsordnung gibt die Anzahl der reagierenden Teilchen an (stimmt mit stöchiometrischen Koeffizienten überein) und nimmt ganzzahlige Werte an. Für komplexe Prozesse Die Reihenfolge der Reaktion stimmt nicht mit den stöchiometrischen Koeffizienten überein und kann beliebig sein. Bestimmen wir die Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion υ beeinflussen.
Offensichtlich nimmt υ mit steigenden Konzentrationen der Reaktanten zu, weil die Zahl der Kollisionen zwischen den am chemischen Prozess beteiligten Stoffen nimmt zu. Darüber hinaus ist es wichtig, die Reihenfolge der Reaktion zu berücksichtigen: Wenn es n=1 Bei einigen Reagenzien ist ihre Geschwindigkeit direkt proportional zur Konzentration dieser Substanz. Wenn für irgendein Reagenz n=2, dann führt eine Verdoppelung der Konzentration zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit um das 2 2 \u003d 4-fache, und eine Erhöhung der Konzentration um das 3-fache beschleunigt die Reaktion um das 3 2 \u003d 9-fache. Schnelle Reaktion wird durch die Änderung der molaren Konzentration eines der Reaktanten bestimmt: V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt) Wobei C 1 und C 2 die molaren Konzentrationen von Substanzen zu den Zeiten t 1 bzw. t 2 sind (Vorzeichen (+) - wenn die Geschwindigkeit durch das Reaktionsprodukt bestimmt wird, Zeichen (-) - durch die ursprüngliche Substanz). Reaktionen treten auf, wenn Moleküle von Reaktanten kollidieren. Seine Geschwindigkeit wird durch die Anzahl der Kollisionen und die Wahrscheinlichkeit, dass sie zu einer Transformation führen, bestimmt. Die Anzahl der Stöße wird durch die Konzentrationen der reagierenden Substanzen bestimmt, die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion durch die Energie der kollidierenden Moleküle. 2. Konzentration. Mit zunehmender Konzentration (Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit) kommt es häufiger zu Kollisionen von Reaktantenmolekülen - die Reaktionsgeschwindigkeit steigt. AA + bB + . . . ® . . .
Die Rek hängt von der Natur der Reaktanten, der Temperatur und dem Katalysator ab, hängt jedoch nicht von den Konzentrationen der Reaktanten ab. 3. Temperatur. Je 10°C Temperaturerhöhung erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um den Faktor 2-4 (Van't Hoff'sche Regel). Bei einer Temperaturerhöhung von t 1 auf t 2 lässt sich die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit nach folgender Formel berechnen:
(wobei Vt 2 und Vt 1 die Reaktionsgeschwindigkeiten bei Temperaturen t 2 bzw. t 1 sind; g ist der Temperaturkoeffizient dieser Reaktion).
wo Ea ist die Aktivierungsenergie, d.h. die Energie, die kollidierende Moleküle haben müssen, damit die Kollision zu einer chemischen Umwandlung führt.
A - Reagenzien, B - aktivierter Komplex (Übergangszustand), C - Produkte. 4. Die Kontaktfläche der Reaktanten. Bei heterogenen Systemen (Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen) läuft die Reaktion umso schneller ab, je größer die Kontaktfläche ist. Die Oberfläche von Feststoffen kann durch Mahlen und bei löslichen Stoffen durch Auflösen vergrößert werden. 5. Katalyse. Substanzen, die an Reaktionen teilnehmen und deren Geschwindigkeit erhöhen und am Ende der Reaktion unverändert bleiben, werden als Katalysatoren bezeichnet. Der Wirkungsmechanismus von Katalysatoren ist mit einer Abnahme der Aktivierungsenergie der Reaktion aufgrund der Bildung von Zwischenverbindungen verbunden. Beim Homogene Katalyse die Reagenzien und der Katalysator bilden eine Phase (sie befinden sich im gleichen Aggregatzustand), mit heterogene Katalyse- unterschiedliche Phasen (sie befinden sich in unterschiedlichen Aggregatzuständen). In einigen Fällen kann der Ablauf unerwünschter chemischer Prozesse durch Zusatz von Inhibitoren zum Reaktionsmedium drastisch verlangsamt werden (Phänomen negative Katalyse"). 7.1. Homogene und heterogene Reaktionen Chemische Substanzen können sich in unterschiedlichen Aggregatzuständen befinden, wobei ihre chemischen Eigenschaften in unterschiedlichen Zuständen gleich sind, aber die Aktivität unterschiedlich ist (was in der letzten Vorlesung am Beispiel der thermischen Wirkung einer chemischen Reaktion gezeigt wurde). Betrachten Sie verschiedene Kombinationen von Aggregatzuständen, in denen sich zwei Stoffe A und B befinden können.
Eine Phase ist ein Bereich eines chemischen Systems, innerhalb dessen alle Eigenschaften des Systems konstant (gleich) sind oder sich kontinuierlich von Punkt zu Punkt ändern. Getrennte Phasen sind jeweils die Feststoffe, daneben gibt es Lösungs- und Gasphasen. Homogen heißt chemisches System, in der alle Substanzen in der gleichen Phase (in Lösung oder in Gas) vorliegen. Bei mehreren Phasen wird das System aufgerufen heterogen. Bzw chemische Reaktion homogen genannt, wenn die Reaktanden in der gleichen Phase vorliegen. Wenn sich die Reaktanten in unterschiedlichen Phasen befinden, dann chemische Reaktion heterogen genannt. Es ist leicht zu verstehen, dass, da eine chemische Reaktion den Kontakt von Reagenzien erfordert, eine homogene Reaktion gleichzeitig im gesamten Volumen der Lösung oder des Reaktionsgefäßes stattfindet, während eine heterogene Reaktion an einer schmalen Grenze zwischen den Phasen – an der Grenzfläche – stattfindet. Rein theoretisch läuft also eine homogene Reaktion schneller ab als eine heterogene. Damit kommen wir zum Begriff chemische Reaktionsgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Das Gesetz der aktiven Masse. chemisches Gleichgewicht. 7.2. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion Der Zweig der Chemie, der die Geschwindigkeiten und Mechanismen chemischer Reaktionen untersucht, ist ein Zweig der physikalischen Chemie und heißt chemische Kinetik. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist die Mengenänderung eines Stoffes pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit des reagierenden Systems (bei homogener Reaktion) bzw. pro Oberflächeneinheit (bei heterogener Reaktion).
Das Verhältnis der Mengenänderung eines Stoffes zum Volumen des Systems kann als Konzentrationsänderung eines bestimmten Stoffes interpretiert werden. Beachten Sie, dass für Reagenzien im Ausdruck für die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ein Minuszeichen gesetzt wird, da die Konzentration der Reagenzien abnimmt und die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion tatsächlich ein positiver Wert ist. Weitere Schlussfolgerungen basieren auf einfachen physikalischen Überlegungen, die eine chemische Reaktion als Folge der Wechselwirkung mehrerer Teilchen betrachten. Elementar (oder einfach) ist eine chemische Reaktion, die in einer Stufe auftritt. Wenn es mehrere Stufen gibt, werden solche Reaktionen als komplexe oder zusammengesetzte oder grobe Reaktionen bezeichnet. 1867 wurde vorgeschlagen, die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu beschreiben Gesetz der Massenwirkung: die Geschwindigkeit einer elementaren chemischen Reaktion proportional zu den Konzentrationen der Reaktanten in Potenzen stöchiometrischer Koeffizienten.n A +m B P, A, B - Reagenzien, P - Produkte, n, m - Koeffizienten. W = k n m Der Koeffizient k wird als Geschwindigkeitskonstante einer chemischen Reaktion bezeichnet, charakterisiert die Natur der wechselwirkenden Teilchen und hängt nicht von der Teilchenkonzentration ab. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Das Gesetz der aktiven Masse. chemisches Gleichgewicht. Die Größen n und m werden aufgerufen Reaktionsreihenfolge nach Substanz A und B bzw. und ihre Summe (n + m) - Reaktionsordnung. Bei Elementarreaktionen kann die Reaktionsreihenfolge 1, 2 und 3 sein. Elementarreaktionen mit Ordnung 1 heißen monomolekular, mit Ordnung 2 - bimolekular, mit Ordnung 3 - trimolekular, je nach Anzahl der beteiligten Moleküle. Elementarreaktionen höherer Ordnung als dritter Ordnung sind unbekannt - Berechnungen zeigen, dass das gleichzeitige Aufeinandertreffen von vier Molekülen an einem Punkt ein zu unglaubliches Ereignis ist. Da eine komplexe Reaktion aus einer bestimmten Folge von Elementarreaktionen besteht, kann ihre Geschwindigkeit durch die Geschwindigkeiten der einzelnen Reaktionsstufen ausgedrückt werden. Daher kann die Ordnung für komplexe Reaktionen beliebig sein, einschließlich gebrochen oder null (die nullte Ordnung der Reaktion zeigt an, dass die Reaktion mit einer konstanten Geschwindigkeit abläuft und nicht von der Konzentration der reagierenden Teilchen W = k abhängt). Die langsamste Stufe eines komplexen Prozesses wird üblicherweise als Begrenzungsstufe (Ratenbegrenzungsstufe) bezeichnet. Stellen Sie sich vor, dass eine große Anzahl von Molekülen in ein kostenloses Kino gegangen ist, aber am Eingang steht ein Inspektor, der das Alter jedes Moleküls überprüft. Daher tritt ein Materiestrom durch die Kinotür ein, und die Moleküle treten einzeln in das Kino ein, d.h. So langsam. Beispiele für Elementarreaktionen erster Ordnung sind thermische bzw. radioaktive Zerfallsprozesse, wobei die Geschwindigkeitskonstante k entweder die Wahrscheinlichkeit des Brechens einer chemischen Bindung oder die Zerfallswahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit charakterisiert. Es gibt viele Beispiele für Elementarreaktionen zweiter Ordnung - dies ist die bekannteste Art, Reaktionen durchzuführen - Teilchen A flog in Teilchen B, es fand eine Art Umwandlung statt und dort geschah etwas (beachten Sie, dass Produkte dies theoretisch tun nichts beeinflussen - alle Aufmerksamkeit nur auf reagierende Teilchen gerichtet). Im Gegenteil, es gibt ziemlich viele Elementarreaktionen dritter Ordnung, da es sehr selten vorkommt, dass drei Teilchen gleichzeitig aufeinandertreffen. Betrachten Sie zur Veranschaulichung die Vorhersagekraft der chemischen Kinetik. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Das Gesetz der aktiven Masse. chemisches Gleichgewicht. Kinetische Gleichung erster Ordnung (anschauliches Zusatzmaterial) Betrachten wir eine homogene Reaktion erster Ordnung, deren Geschwindigkeitskonstante gleich k ist, die Anfangskonzentration der Substanz A ist gleich [A]0 .
Für die Zwecke unseres Kurses dient diese Schlussfolgerung nur zu Informationszwecken, um Ihnen die Verwendung des mathematischen Apparats zur Berechnung des Ablaufs einer chemischen Reaktion zu demonstrieren. Daher kann ein kompetenter Chemiker nicht umhin, Mathematik zu kennen. Mathe lernen!
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Das Gesetz der aktiven Masse. chemisches Gleichgewicht. Ein Verlauf der Konzentration von Edukten und Produkten über der Zeit lässt sich qualitativ wie folgt darstellen (am Beispiel einer irreversiblen Reaktion erster Ordnung) Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen 1. Art der Reaktanten Beispielsweise variiert die Reaktionsgeschwindigkeit der folgenden Substanzen: H2 SO4, CH3 COOH, H2 S, CH3 OH – mit Hydroxidionen in Abhängigkeit von der Stärke der H-O-Bindung. Um die Stärke dieser Bindung abzuschätzen, können Sie den Wert der relativen positiven Ladung am Wasserstoffatom heranziehen: Je größer die Ladung, desto leichter verläuft die Reaktion. 2. Temperatur Die Lebenserfahrung lehrt uns, dass die Reaktionsgeschwindigkeit temperaturabhängig ist und mit steigender Temperatur zunimmt. Beispielsweise erfolgt das Sauermachen von Milch bei Raumtemperatur schneller und nicht im Kühlschrank. Wenden wir uns dem mathematischen Ausdruck des Massenwirkungsgesetzes zu. W = k n m Da die linke Seite dieses Ausdrucks (die Reaktionsgeschwindigkeit) von der Temperatur abhängt, hängt daher auch die rechte Seite des Ausdrucks von der Temperatur ab. Dabei ist die Konzentration natürlich unabhängig von der Temperatur: So behält beispielsweise Milch sowohl im Kühlschrank als auch bei Zimmertemperatur ihren Fettgehalt von 2,5 %. Dann, wie Sherlock Holmes zu sagen pflegte, ist die verbleibende Lösung die richtige, egal wie seltsam es scheinen mag: Die Geschwindigkeitskonstante hängt von der Temperatur ab!
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Das Gesetz der aktiven Masse. chemisches Gleichgewicht. Die Abhängigkeit der Revon der Temperatur wird mit der Arrhenius-Gleichung ausgedrückt: − Ea k = k0 eRT , indem R = 8,314 J mol-1 K-1 - universelle Gaskonstante, E a ist die Aktivierungsenergie der Reaktion (su), sie wird bedingt als temperaturunabhängig betrachtet; k 0 ist der präexponentielle Faktor (d. h. der Faktor, der vor dem Exponenten e steht), dessen Wert ebenfalls nahezu unabhängig von der Temperatur ist und in erster Linie durch die Reaktionsordnung bestimmt wird. Somit beträgt der Wert von k0 etwa 1013 s-1 für eine Reaktion erster Ordnung und 10 -10 l mol-1 s-1 für eine Reaktion zweiter Ordnung, für eine Reaktion dritter Ordnung - 10 -33 l2 mol-2 s-1. Diese Werte müssen nicht auswendig gelernt werden. Die genauen Werte von k0 für jede Reaktion werden experimentell bestimmt. Das Konzept der Aktivierungsenergie wird aus der folgenden Abbildung deutlich. Tatsächlich ist die Aktivierungsenergie die Energie, die das reagierende Teilchen haben muss, damit die Reaktion stattfinden kann. Wenn wir das System erhitzen, steigt außerdem die Energie der Teilchen (gepunktete Grafik), während der Übergangszustand (≠) auf dem gleichen Niveau bleibt. Die Energiedifferenz zwischen dem Übergangszustand und den Reaktanden (Aktivierungsenergie) wird verringert und die Reaktionsgeschwindigkeit gemäß der Arrhenius-Gleichung erhöht. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Das Gesetz der aktiven Masse. chemisches Gleichgewicht. Neben der Arrhenius-Gleichung gibt es die Van't-Hoff-Gleichung, die charakterisiert die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur durch den Temperaturkoeffizienten γ: Der Temperaturkoeffizient γ gibt an, um wie viel sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, wenn sich die Temperatur um 10o ändert. Van't-Hoff-Gleichung: T 2 - T 1 W (T 2 ) = W (T 1 ) × γ10 Typischerweise liegt der Koeffizient γ im Bereich von 2 bis 4. Aus diesem Grund verwenden Chemiker häufig die Näherung, dass eine Erhöhung der Temperatur um 20° zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit um eine Größenordnung (d. h. 10-mal) führt.  
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