3. Скорость химической реакции, факторы на нее влияющие

3. Скорость химической реакции, факторы на нее влияющие

 Скорость химической реакции определяется изменением концентра­ции (с) любого из веществ, вступающих в реакцию или образующих­ся во время реакции, за единицу времени (τ ). При этом концентрацию выражают в молях на литр (моль/л), время - в секундах, минутах, часах и т. д.

• Факторы, влияющие на скорость химических реакций.
  1. Природа реагирующих веществ. Большую роль играет характер химических связей и строение молекул реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва связей в молекулах H₂ и N₂ требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H₂O) требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.
  Примеры:
  Фтор с водородом реагирует со взрывом при комнатной температуре, бром с водородом взаимодействует медленно и при нагревании.
  Оксид кальция вступает в реакцию с водой энергично, с выделением тепла; оксид меди - не реагирует.
  2. Концентрация. С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят столкновения молекул реагирующих веществ - скорость реакции возрастает.

3. Температура. При повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2-4 раза (Правило Вант-Гоффа).

      4. Поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Для гетерогенных систем (когда вещества находятся в разных агрегатных состояниях), чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых веществ - путем их растворения.

4. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действующих масс

 

С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят столкновения молекул реагирующих веществ - скорость реакции возрастает

ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС (ЗДМ)

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.

Следует обратить внимание, что концентрация продуктов реакции не влияет на скорость реакции!

 

5. Зависимость скорости реакции от температуры. Энергия активации. Температурный коэффициент скорости и его особенности для биохимических процессов.

Влияние температуры на количество столкновений молекул может быть показано с помощью модели. В первом приближении влияние температуры на скорость реакций определяется правилом Вант-Гоффа (сформулировано Я. Х. Вант-Гоффом на основании экспериментального изучения множества реакций):

В интервале температур от 0оС до 100оС при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза

Энергия активации в химии и биологии — минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция

Температурный коэффициент реакции химической и ферментативной

        Термолабильность ферментов. Скорость химических реакций зависит от температуры, поэтому катализируемые ферментами реакции также чувствительны к изменениям температуры. Установлено, что скорость большинства биохимических реакций повышается в 2 раза при повышении температуры на 10°С и, наоборот, снижается в 2 раза при понижении температуры на 10°С. Этот показатель получил название температурного коэффициента. Однако вследствие белковой природы фермента тепловая денатурация при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с соответствующим снижением скорости реакции. Так, при температуре, не превышающей 45—50°С, скорость реакции увеличивается согласно теории химической кинетики. При температуре выше 50° С на скорость реакции большое влияние начинает оказывать тепловая денатурация белка-фермента, приводящая к полному прекращению ферментативного процесса.   Температурные коэффициенты скорости большинства реакций довольно близки друг к другу, колеблясь в указанных выше пределах (у = 2 4). Однако известно значительное число отступлений. Например, при инверсии свекловичного сахара в кислой среде у больше 4, а при гидролизе метилацетата меньше 2 (в последней реакции у найдена равной 1, 82). Особенно высокие значения температурных коэффициентов скорости химических реакций найдены при изучении влияния температуры на энзиматические (ферментативные) процессы. В этих случаях у может достигать 7 и выше.

6. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции. Константа химического равновесия. Прогнозирование смещения химического равновесия. Принцип Ле-Шателье-Брауна

Химическое равновесие — состояние химической системы, в которой протекает одна или несколько химических реакций, причём скорости в каждой паре прямой-обратной реакции равны между собой.

Химические реакции, в результате которых исходные вещества практически полностью превращаются в конечные продукты, называются необратимыми.
К ним откосятся как гетерогенные, так и гомогенные реакции. Например, реакции горения простых веществ — фосфора, угля, железа и сложных — метана СН4, сероуглерода СS2. Как вы знаете, реакции горения относятся к экзотермическим реакциям. Чаще всего к экзотермическим будут относиться реакции соединения, например реакция гашения извести:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + Q (теплота выделяется).

Однако необратимых реакций не так много. Большинство реакций обратимы.

Эту реакцию используют при получении серкой кислоты. Обратимыми являются также реакции синтеза аммиака

Химические реакции, которые протекают одновременно а двух противоположных направлениях — прямом и обратном — называются обратимыми.

Константа химического равновесия — характеристика химической реакции, по значению которой можно судить о направлении процесса при исходном соотношении концентраций реагирующих веществ, о максимально возможном выходе продукта реакции при тех или иных условиях.

Перевод равновесной химической системы из одного состояния равновесия в другое называется смещением (сдвигом) химического равновесия, которое осуществляется изменением термодинамических параметров системы - температуры, концентрации, давления При смещении равновесия в прямом направлении достигается увеличение выхода продуктов, а при смещении в обратном направлении -уменьшение степени превращения реагента. И то, и другое может оказаться полезным в химической технологии.

Направление сдвига химического равновесия определяется принципом Ле-Шателье: если на систему в состоянии истинного равновесия воздействовать извне, изменяя термодинамические параметры, то равновесие сместится в том направлении, которое ослабит эффект внешнего воздействия.

При́ нцип Ле Шателье́ — Бра́ уна — если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: