|
|
ОглавлениеЧасть I. Основы общей химии. Глава 1. Основные понятия и законы химии Глава 2. Строение атома. Периодичность химических свойств элементов Глава 3. Энергетика химических процессов Глава 4. Кинетика химических реакций Глава 6. Электрохимические системы Глава 7. Химия неорганических соединений Часть II. Основы биоорганической химии. Глава 8. Углерод - основа органических соединений Глава 12. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты Глоссарий основных терминов и понятий общей химии Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГЛАВА 4. КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ4.1. Скорость химических реакций. Энергия активацииХимическая кинетика — это наука о скоростях и механизме химических реакций. Химическая реакция заключается в разрыве связей между атомами в молекулах субстратов и образовании новых связей в молекулах продуктов. Скорость реакции v отражает изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени, моль/(л • с) где С1 — концентрация субстрата до начала реакции; С2 — концентрация субстрата по окончании реакции; t1 — время начала реакции; t2 — время окончания реакции. Для того чтобы любое вещество вступило в реакцию с другим веществом, необходимо любым способом увеличить уровень энергии в системе. Энергия, необходимая для протекания любой реакции, называется энергией активации, или энергетическим барьером реакции (рис. 4.1). Ее определяют опытным путем, обозначают Еакт и выражают обычно в килоджоулях на моль (кДж/моль). Чтобы реагирующие вещества А и В образовали продукт реакции А—В или C и D, они должны преодолеть энергетический барьер реакции, на это затрачивается энергия активации (Еакт). При достижении максимальной скорости реакции вещества А и В находятся во временном переходном состоянии (активированный комплекс), который переходит в более устойчивое состояние, где могут происходить следующие изменения запаса энергии в системе: 1. Если идет реакция соединения, то запас энергии в системе становится больше, чем до реакции (Е1 > Еисх). Реакция называется эндотермической, разность энергий конечного состояния системы (ΔQ1 = Е1 — Еисх) равна тепловому эффекту реакции; в эндотермической реакции ΔQ положительна. 2. Если идет реакция распада активизированного комплекса, то энергия выделяется, и запас энергии в продуктах становится меньше, чем в субстратах (Е2 < Еисх). Такие реакции называются экзотермическими, а разница энергий между конечным уровнем и исходным ΔQ2 имеет отрицательный знак. Рис. 4.1. Изменение энергии реагирующей системы: Еисх — исходный уровень энергии; Еакт — энергия активации; Епром — запас энергии в системе в момент достижения временного переходного состояния; Е1 и Е2 — запас энергии в продуктах реакции; ΔQ1 и ΔQ2 — тепловой эффект реакции 4.2. Зависимость скорости реакции от физических и химических факторовВлияние температуры. По правилу Вант-Гоффа, скорость химической реакции увеличивается в 2—4 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. Математически эта зависимость выражается формулой: отсюда где n1 и n2 — скорости реакции соответственно при начальной (t1) и конечной (t2) температурах; Q10 — коэффициент Вант-Гоффа, или температурный коэффициент скорости реакции (показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10°). Для большинства реакций Q10 = = 2—4. Преобразуя предыдущую формулу, получаем: где n — число 10-градусных интервалов в изменении температуры. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Скорость реакции прямо зависит от концентрации субстратов, если ни один из них не находится в недостатке. Основной закон химической кинетики (закон действующих масс): скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ n = k • [А] • [В], где [А] и [В] — концентрации реагирующих веществ, моль/л; k — константа скорости реакции (при [А] и [В], равных 1 моль/л; k численно равна скорости реакции: n = k). Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от их концентрации. Выводы относительно зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ не распространяются на твердые вещества. Для них скорость реакции зависит не от объемной концентрации, а от величины поверхности твердого вещества. Поэтому если в реакции участвуют наряду с газообразными или растворенными также и твердые вещества, то скорость реакции зависит только от концентрации растворенных или газообразных веществ. Так, для реакции горения угля С + О2 → СО2 кинетическое уравнение реакции имеет вид: n = k • [C] • S • [O2], где k — константа скорости; [О2] — концентрация кислорода; [С] — концентрация твердого вещества (угля); S — площадь поверхности угля. Эти величины постоянные. Обозначив произведение постоянных величин k1, получим Внимание! Авторские права на книгу "Основы общей и биоорганической химии. Учебное пособие" (Артёмова Э.К., Дмитриев Е.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
