Кинетика - это раздел химии, в котором изучаются закономерности протекания химических реакций и факторов, которые на них влияют.
Скорость химической реакции - это изменение концентрации одного из реакционных или образующихся веществ в единицу времени.
Как показано на рисунке 1, скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества С, отнесенному ко времени, за которое произошло данное изменение t. Объем выделен в желтым цветом, потому что, в случае его постоянства (неизменности) им можно пренебречь. Измеряется скорость химической реакции в моль/(л*с). Моль, деленный на литр в секунду.
Факторы влияния на скорость химической реакции:
1. Природа реагирующих веществ.
Вещества с неполярным видом химической связи реагируют медленно, так как высока энергия активации.
2. Агрегатное состояние.
Гомогенные реакции, то есть такие, где оба вещества имеют одинаковое агрегатное состояние, идут быстрее, чем гетерогенные. При этом стоит отметить, что быстрее всего реакции идут в растворах, ещё быстрее в газах.
Гетерогенные реакции идут более медленно, так как в данном случае скорость химической реакции зависит от площади поверхности вещества, которое находится в твердой фазе. Иными словами от степени измельчения.
3. Среда и наличие растворителя.
4. Концентрация реагирующих веществ.
Концентрация реагирующих веществ подчиняется закону Гульберга и Вааге (закон действующих масс), который можно сформулировать следующим образом:
Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень их коэффициентов.
Константа зависит от природы реагирующих веществ и от температуры. Если концентрация вещества А С[A]=С[В]=1 моль/л, в таком случае константа химической реакции будет равно скорости химической реакции.
Применение закона действующих масс.
Данный закон можно применять как для гомогенных, так и для гетерогенных процессов.
Пример для гомогенных реакций представлен на рисунке 3.
Все реагирующие вещества являются газами. Как видно из формулы, скоро реакции для образования серного ангидрида равна константе, умноженной на концентрацию диоксида серы, возведенной в степень 2, так как перед диоксидом серы стоит коэффициент 2 и умноженной на концентрацию кислорода. Для газов концентрация обозначается, как Р.
Пример для гетерогенных реакций представлен на рисунке 4.
Как видно из рисунка 4, при написании закона действующих масс для гетерогенных систем, концентрацией твердых веществ пренебрегают.
5. Температура.
Влияние температуры описывается правилом Вант-Гоффа. При увеличении температуры на каждые 10 градусов, скорость реакции возрастает от 2 до 4 раз.
6. Наличие катализатора или ингибитора.
Катализатор ускоряет химическую реакцию.
Ингибитор, замедляет химическую реакцию.
Стоит учитывать, что ни ингибитор, ни катализатор в самих реакциях не участвуют. Они лишь ускоряют или замедляют её (реакции) скорость. Отдельно стоит отметить такой фактор, как отравление катализатора, то есть загрязнение примесями, которые находятся в реагирующих веществах или получаются в результате реакции.
Одним из многочисленных примеров каталитических реакций является реакция дегидрирования пропана, для получение пропена или пропилена. Пропилен является важной частью полимерных материалов, который применяется в большом количестве отраслей. От медицины и повседневной жизни, до различного рода промышленности. Для получения пропилена используют газ пропан, который является составной частью природного газа. Далее при высокой температуре данный газ транспортируют через катализатор (например платину или палладий) и затем на дальнейшие этапы для производства полипропиленовых гранул.
Катализатор представляет собой маленькие керамические гранулы с пористой структурой, на поверхность которых нанесена тонкая пленка, содержащая платину или палладий. Данные шарики имеют тенденцию к загрязнению (отравлению) продуктами, входящими в реагирующее вещество, а также продуктами реакции. В промышленности такие катализаторы отправляют на регенерацию, для повторного использования.
На этом все. В следующий раз речь пойдет о способах увеличить скорость реакции, химической равновесии, а также об особенностях равновесных реакций.