Химическая кинетика

Химическая кинетика. Скорость химической реакции / Химия // Think24 / Образовательная компания [18:39]

Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени.

Гомогенные и гетерогенные реакции

Гомогенные реакции протекают в однородной среде (например, в газовой фазе, жидком или твёрдом растворе). Гетерогенные реакции протекают в неоднородной среде — между веществами, которые находятся в разных фазах (твердой и жидкой, газовой и жидкой и т.д.). Таким образом, гомогенные реакции происходят в всем объёме, заполненном реагентами, гетерогенные — только на некоторых пограничных поверхностях — на границе раздела фаз. Это существенно влияет на механизм и кинетику реакции.

Скорость химической реакции

Скоростью реакции называется количество актов реакции, происходящих в единицу времени в единице объёма (для гомогенных реакций) или на единице площади раздела фаз (для гетерогенной реакции). Скорость реакции обычно характеризуют изменением концентрации какого-либо из исходных или конечных продуктов реакции в единицу времени и чаще всего выражают в моль/(см³ мин).

Например для реакции:

A + B → C + D

выражение для скорости будет выглядеть так:

$v={\frac {d[{\text{C}}]}{dt}}=-{\frac {d[{\text{A}}]}{dt}}$ .

Скорости реакций позволяют изучить механизм химических превращений количественно, что важно для управления химическими процессами. Кроме того, это позволяет осуществить математическое моделирование реакций и с помощью компьютеров решить задачи оптимизации и автоматизации химико-технологических процессов.

Хотя, теоретически, количество вещества исчисляется на «штуки» (число атомов или молекул является целым), в химии концентрации веществ можно полагать непрерывно зависящими от времени в пределах точности измерений, и даже дифференцируемыми. Скорость реакции в данный момент времени, т.е. мгновенная скорость реакции, выражается первой производной концентрации по времени. Если скорость реакции оценивается увеличением концентрации одного из продуктов реакции, то производная берется со знаком плюс.

Скорость химических превращений зависит от природы реагирующих веществ, их концентраций и прочих условий. Скорость реакции непосредственно зависит от числа молекул, обладающих энергией, достаточной для образования активированного комплекса. Один из путей увеличения числа активных молекул — нагревание.

Для осуществления реакции молекулы при столкновении должны быть определенным образом ориентированы и обладать достаточной энергией.

Очень часто стехиометрическое уравнение реакции не определяет ее механизма. Большинство реакций состоит из ряда более простых элементарных стадий.

Катализ

О катализе см. в статье Катализатор. В зависимости от агрегатного состояния катализатора и реагирующих веществ различают катализ гомогенный (одно и то же агрегатное состояние) и гетерогенный (разное агрегатное состояние веществ).