Левченков С.І. Хімічна кінетика у курсі фізичної хімії Швидкі реакції та релаксація у фізичній хімії

– Складні реакції – Вплив температури на константу швидкості – Зворотні та гетерогенні реакції – Фотохімічні реакції – Каталіз

2.1.7 Складні реакції

Складними називають хімічні реакції, що протікають більш ніж одну стадію. Розглянемо як приклад одну зі складних реакцій, кінетика та механізм якої добре вивчені:

2НI + Н 2 О 2 ––> I 2 + 2Н 2 О

Ця реакція є реакцією другого порядку; її кінетичне рівняння має такий вигляд:

Вивчення механізму реакції показало, що вона є двостадійною (протікає у дві стадії):

1) НI + Н 2 О 2 ––> НIО + Н 2 О

2) НIО + НI ––> I 2 + Н 2 О

Швидкість першої стадії V 1 набагато більше швидкості другої стадії V 2 і загальна швидкість реакції визначається швидкістю повільнішої стадії, званої тому швидкість визначальної або лімітує .

Зробити висновок про те, чи є реакція елементарною чи складною, можна на підставі результатів вивчення її кінетики. Реакція є складною, якщо експериментально певні приватні порядки реакції не збігаються з коефіцієнтами вихідних речовин у стехіометричному рівнянні реакції; приватні порядки складної реакції може бути дробовими чи негативними, в кінетичне рівняння складної реакції можуть входити концентрації як вихідних речовин, а й продуктів реакції.

2.1.8 Класифікація складних реакцій

Послідовні реакції.

Послідовними називаються складні реакції, що протікають таким чином, що речовини, що утворюються в результаті однієї стадії (тобто продукти цієї стадії) є вихідними речовинами для іншої стадії. Схематично послідовну реакцію можна зобразити так:

А ––> В ––> С ––> ...

Число стадій та речовин, що беруть участь у кожній із стадій, може бути різним.

Паралельні реакції.

Паралельними називають хімічні реакції, в яких ті самі вихідні речовини одночасно можуть утворювати різні продукти реакції, наприклад, два або більше ізомеру:

Сполучені реакції.

Сполученими прийнято називати складні реакції, що протікають так:

1) А + В ––> С

2) А + D ––> Е ,

причому одна з реакцій може протікати самостійно, а друга можлива лише за наявності першої. Речовина А, загальна для обох реакцій, має назву актер, речовина В – індуктор, речовина D, що взаємодіє з А тільки за наявності першої реакції – акцептор. Наприклад, бензол у водному розчині не окислюється пероксидом водню, але при додаванні солей Fe(II) відбувається перетворення його на фенол і дифеніл. Механізм реакції наступний. На першій стадії утворюються вільні радикали:

Fe 2+ + H 2 O 2 ––> Fe 3+ + OH – + OH

які реагують з іонами Fe 2+ та бензолом:

Fe 2+ + OH ––> Fe 3+ + OH –

C 6 H 6 + OH -> C 6 H 5 + H 2 O

Відбувається також рекомбінація радикалів:

C 6 H 5 + OH -> C 6 H 5 ВІН

C 6 H 5 + C 6 H 5 ––> C 6 H 5 –C 6 H 5

Т.ч. обидві реакції протікають за участю загального проміжного вільного радикалу OH .

Ланцюгові реакції.

Ланцюгові називають реакції, що складаються з ряду взаємопов'язаних стадій, коли частинки, що утворюються в результаті кожної стадії, генерують наступні стадії. Як правило, ланцюгові реакції протікають за участю вільних радикалів. Для всіх ланцюгових реакцій характерні три типові стадії, які ми розглянемо з прикладу фотохімічної реакції утворення хлороводню.

1. Зародження ланцюга (ініціація):

Сl 2 + hν ––> 2 Сl

2. Розвиток ланцюга:

Н 2 + Сl ––> НСl + Н

Н + Сl 2 -> НСl + Сl

Стадія розвитку ланцюга характеризується числом молекул продукту реакції, що припадають одну активну частку – довжиною ланцюга.

3. Обрив ланцюга (рекомбінація):

Н + Н -> Н 2

Сl + Сl ––> Сl 2

Н + Сl ––> НСl

Обрив ланцюга можливий також при взаємодії активних частинок з матеріалом стінки судини, в якому проводиться реакція, тому швидкість ланцюгових реакцій може залежати від матеріалу і форми реакційної судини.

Реакція утворення хлороводню є прикладом нерозгалуженої ланцюгової реакції - реакції, в якій на одну активну частинку, що прореагувала, доводиться не більше однієї знову виникає. Розгалуженими називають ланцюгові реакції, в яких на кожну активну частинку, що прореагувала, доводиться більше однієї знову виникає, тобто. число активних частинок під час реакції постійно зростає. Прикладом розгалуженої ланцюгової реакції є реакція взаємодії водню з киснем:

1. Ініціація:

Н 2 + О 2 ––> Н 2 О + О

2. Розвиток ланцюга:

Про + Н 2 -> Н + ВІН

Н + О 2 -> О + ВІН

ВІН + Н 2 -> Н 2 О + Н

Copyright © С. І. Левченков, 1996 – 2005.

Допустимо, вам необхідно отримати максимально можливу кількість аміаку з цієї кількості водню та азоту. З матеріалу попереднього розділу ви вже знаєте, як можна впливати на перебіг реакції, зміщуючи хімічну рівновагу в той чи інший бік. Однак, щоб вирішити поставлене завдання найбільш ефективно, слід також враховувати швидкість реакції. Знання швидкостей хімічних реакцій має дуже велике наукове та практичне значення. Наприклад, у хімічній промисловості при виробництві тієї чи іншої речовини від швидкості реакції залежать розміри і продуктивність апаратури, кількість продукту, що виробляється.

Хімічні реакції протікають із різною швидкістю. Одні з них закінчуються за частки секунди, інші продовжуються хвилини, годинники і навіть дні. Тому при практичному використанні хімічних реакцій дуже важливо знати, з якою швидкістю протікатиме дана реакція в тих чи інших умовах і як змінити ці умови, щоб реакція протікала з потрібною швидкістю.

Швидкі та повільні реакції: хімічна кінетика

Розділ хімії, що вивчає швидкість хімічних реакцій, називається хімічною кінетикою.

До найважливіших факторів, що впливають на швидкість реакції, належать такі:

природа реагуючих речовин;

розміри частинок реагентів;

концентрація реагуючих речовин;

тиск газоподібних реагентів;

S температура;

S присутність у системі каталізаторів.

Природа реагуючих речовин

Як уже зазначалося, необхідною умовою того, що між частинками вихідних речовин відбудеться хімічна взаємодія, є їх зіткнення один з одним (співдарення), причому на ділянці молекули з високою реакційною активністю (див. розділ «Як відбуваються реакції: теорія зіткнень» вище в розділі ). Чим більше і складніше молекули реагентів, тим нижчою є ймовірність того, що зіткнення відбудеться саме на ділянці

молекули із високою реакційною активністю. Найчастіше в досить складних молекулах ділянка з високою реакційною активністю повністю блокується іншими частинами молекули і реакції не відбувається. У такому разі з безлічі зіткнень ефективними (тобто приводять до хімічної взаємодії) виявляються ті, що відбуваються на реактивній ділянці.

Іншими словами, чим більше і складніше молекули реагуючих речовин, тим повільніше швидкість реакції.

Розмір частинок реагентів

Швидкість перебігу реакції залежить від кількості зіткнень молекул реагуючих речовин. Таким чином, чим більша площа поверхні, на якій відбуваються зіткнення, тим вища швидкість реакції. Наприклад, якщо піднести сірник, що горить, до великого шматка вугілля, то ніякої реакції не відбудеться. Однак якщо ви розітріть цей шматок вугілля в порошок, розпорошите його в повітрі, а потім чиркнете сірником, то станеться вибух. Причиною вибуху (тобто великою швидкістю протікання реакції) є значне збільшення площі поверхні вугілля.

Концентрація реагуючих речовин

Збільшення кількості зіткнень реагуючих речовин призводить до підвищення швидкості реакції. Таким чином, швидкість реакції пропорційна числу зіткнень, які зазнають молекул реагуючих речовин. Число зіткнень, у свою чергу, тим більше, чим вища концентрація кожної з вихідних речовин. Наприклад, дерев'яна планка досить добре згоряє у звичайному повітрі (який на 20% складається з кисню), однак у чистому кисні горіння відбувається інтенсивніше, тобто з більшою швидкістю.

У більшості простих реакцій збільшення концентрації реагентів підвищує швидкість реакції. Однак у складних реакціях, що протікають у кілька стадій, ця залежність не дотримується. Насправді, визначаючи вплив концентрації на швидкість реакції, ви зможете дізнатися, який реагент впливає на стадії реакції, яка визначає її швидкість. (Ця інформація допоможе обчислити механізм реакції.) Це можна здійснити, проводячи реакції при кількох різних концентраціях і спостерігаючи їх вплив швидкість реакції. Якщо, наприклад, зміна концентрації одного реагенту не впливає на швидкість реакції, то ви будете знати, що на повільній стадії механізму реакції (а швидкість реакції якраз і визначається такою стадією) цей реагент не задіяний.

Тиск газоподібних реагентів

Тиск газоподібних реагуючих речовин робить такий самий вплив на швидкість протікання реакції, як і концентрація. Чим вищий тиск реагентів, що знаходяться в газоподібному стані, тим вища швидкість реакції. Це відбувається (як ви вже, звичайно, здогадалися!) через кількість зіткнень, що зросла. Однак, якщо реакція має складний механізм, то зміна тиску може не призвести до очікуваного результату.

Температура

Чому після святкового обіду на честь Дня подяки кожна господиня поспішає поставити в холодильник частину індички, що залишилася? Та тому, що якщо цього не зробити, то індичка може зіпсуватися. А що означає «зіпсуватися»? Це означає посилене зростання бактерій. Так от, коли індичка опиниться в холодильнику, це сповільнить швидкість зростання бактерій внаслідок зниження температури.

Збільшення кількості бактерій - це нормальна біохімічна реакція, т. е. хімічна реакція з участю живих організмів. Найчастіше підвищення температури призводить до збільшення швидкості подібних реакцій. В органічній хімії існує таке правило: підвищення температури на 10 °C призводить до подвоєння швидкості реакції.

Чому це відбувається? Частково (як ви вже, звичайно, здогадалися!) через кількість зіткнень, що зросла. При підвищенні температури молекули рухаються швидше, таким чином збільшується ймовірність їх зіткнень один з одним, а значить, і їхньої хімічної взаємодії. Однак, це ще не все. У разі підвищення температури також збільшується середня кінетична енергія молекул. Зверніть увагу на рис. 8.7, де наведено приклад того, як підвищення температури впливає на кінетичну енергію реагентів та швидкість реакції.

При цій температурі не всі молекули мають однакову кінетичну енергію. Одні з них можуть рухатися вкрай повільно (тобто мають низьку кінетичну енергію), у той час як інші - досить швидко (тобто мають високу кінетичну енергію). Однак у переважній більшості випадків значення швидкості руху молекул знаходиться десь посередині між двома цими швидкостями.

Насправді температура – ​​це міра середньої кінетичної енергії молекул. Як бачимо на рис. 8.7 підвищення температури призводить до збільшення середньої кінетичної енергії реагентів, при цьому крива зсувається вправо, у бік більш високих значень кінетичної енергії. Зверніть також увагу на мінімальну величину кінетичної енергії, якою повинні мати молекули для того, щоб їх зіткнення могло призвести до утворення нової речовини, тобто. на енергію активації цієї реакції. Молекули, що мають цю енергію, називаються активними молекулами.

Реагентам потрібно не тільки стикатися на реактивній ділянці, при цьому має передаватися кількість енергії, достатня для розриву зв'язків, що є, і утворення нових. Якщо цієї енергії буде недостатньо, то при зіткненні вихідних молекул реакція все одно не відбудеться.

Зверніть увагу, що при нижчій температурі (T1) незначна кількість молекул реагентів має необхідну енергію активації. При вищій температурі (T2)

енергією активації (мінімальною кількістю кінетичної енергії, необхідною для утворення нової речовини) матиме вже набагато більше молекул, тобто набагато більше зіткнень будуть ефективними.

Отже, підвищення температури збільшує як кількість зіткнень, а й кількість ефективних зіткнень, у яких відбувається хімічна взаємодія частинок.

Каталізатори

Речовини, які не витрачаються в результаті протікання реакції, але що впливають на її швидкість, називаються каталізаторами. Явище зміни швидкості реакції під впливом таких речовин називається каталізом. Найчастіше дія каталізатора пояснюється тим, що він знижує енергію активації реакції.

Подивіться, наприклад, на рис. 8.1. Якби значення енергії активації, відповідне максимуму на графіці, було менше, то кількість ефективних зіткнень молекул реагентів була б вищою, а отже, вищою була б швидкість реакції. Те саме можна бачити і на рис. 8.7. Якщо перемістити ліворуч пунктирну лінію, яка позначає мінімальну кінетичну енергію, необхідну для досягнення енергії активації, то набагато більше молекул буде володіти енергією активації, а отже, реакція проходитиме швидше.

У хімічній промисловості каталізатори застосовуються дуже широко. Під впливом каталізаторів реакції можуть прискорюватись у мільйони разів і більше.

Розрізняють гомогенний та гетерогенний каталіз. При гомогенному каталізі каталізатор і речовини, що реагують, утворюють одну фазу (газ або розчин). При гетерогенному каталіз каталізатор знаходиться в системі у вигляді самостійної фази.

Гетерогенний каталіз

У розділі «Як відбуваються реакції: теорія зіткнень», коли йшлося про механізм взаємодії молекул, як приклад використовувалася наведена нижче формула.

Для розриву зв'язку A-B та утворення зв'язку C-A, показаного в рівнянні, реагент C повинен зіткнутися з частиною молекули A-B, де знаходиться A. Чи здійсниться зіткнення саме таким чином, багато в чому залежить від випадку. Однак згідно з теорією ймовірності рано чи пізно воно все ж таки відбудеться. Щоб збільшити ймовірність такого зіткнення, слід «прив'язати» молекулу A-B таким чином, щоб її ділянка A була «орієнтована» у бік реагенту C.

Це можна здійснити за допомогою гетерогенного каталізатора: він «прив'язує» молекулу однієї речовини, що реагує, до своєї поверхні, орієнтуючи її таким чином, щоб прискорити перебіг реакції. Процес гетерогенного каталізу показано на рис. 8.8.

Каталізатор називається гетерогенним ("неоднорідним"), тому що знаходиться в агрегатному стані, відмінному від агрегатного стану реагуючих речовин. Як такий каталізатор зазвичай виступає тонко подрібнений твердий метал або його оксид, у той час як реагентами є гази або розчини. При гетерогенному каталіз реакція протікає на поверхні каталізатора. Звідси випливає, що активність каталізатора залежить від величини та властивостей його поверхні. Для того щоб мати велику поверхню, каталізатор повинен мати пористу структуру або перебувати в роздробленому стані.

При гетерогенному каталізі реакція протікає через активні проміжні сполуки - поверхневі сполуки каталізатора з речовинами, що реагують. Проходячи через ряд стадій, у яких беруть участь ці проміжні сполуки, реакція закінчується утворенням кінцевих продуктів, а каталізатор у результаті витрачається.

Багато хто з нас практично щодня стикається з роботою гетерогенного каталізатора. Йдеться про каталітичний перетворювач автомобіля. Цей перетворювач складається з подрібнених металів (платини та/або паладію), що застосовуються для прискорення реакції, завдяки якій шкідливі гази, отримані в результаті згоряння бензину (наприклад, оксид вуглецю та вуглеводні, що не згоріли), розкладаються на нешкідливі продукти (наприклад, воду і діоксид вуглецю ).

Ця інформація була завантажена на Неділя, травня 25, 2014 на 6:20 пп і є filed under . Ви можете дотримуватися будь-яких відповідей до цього пункту через повідомлення. Both comments and pings є currently closed.

Час релаксації молекул речовини- це час, який потрібний молекулі, щоб переміститися (зреагувати) на вплив. Якщо час релаксації молекул даної речовини значно більше часу впливу на речовину, молекули не встигають перебудуватися (переміститися) під навантаженням, що призводить до розриву хімічних зв'язків в речовині. Для різних речовин час релаксації по-різному і може змінюватися в дуже широких межах: від тисячних часток секунди до декількох тисячоліть.

Історія

Час релаксації біля скла

Ця мимовільна еволюція, що є загальною всім стекол властивістю, отримала збірну назву структурної релаксації. У разі металевого скла це масштабне явище, що помітно або навіть дуже сильно змінює всі їхні фізичні властивості. Незважаючи на численні дослідження цього явища, воно залишається ще багато в чому невивченим, яке механізми — незрозумілими.

РЕЛАКСАЦІЯ

(від латів. relaxatio-ослаблення), процес встановлення у системі термодинамічної рівноваги.Стан макроскопіч. Системи визначається мн. параметрами і процеси досягнення рівноваги за різними параметрами можуть протікати з разл. швидкостями. Виділяють період лінійної Р., коли деякий параметр стану iлише незначно відрізняється від свого рівноважного значення. У цей період швидкість зміни параметра i/dtпропорційна величині відхилення х iвід:

де Т i-Час Р. Звідси випливає, що в момент часу t відхилення ехр (Чt / т i). За час т iмале відхилення параметра х iвід рівноважного значення зменшується в ераз. Величини = 1/т i, Зворотні часи Р., зв. частотами Р.

Часи Р. визначаються св-вами системи та типом аналізованого процесу. У реальних системах можуть варіювати від мізерно малих величин до значень порядку віку Всесвіту. Система може досягти рівноваги за одними параметрами і залишитися нерівноважною за іншими (часткова рівновага). Всі процеси Р. є нерівноважними та незворотними і супроводжуються дисипацією енергії, тобто в системі виробляється (див. Термодинаміка незворотних процесів).

У газах Р. обумовлена ​​обміном енергією та кол-вом руху при зіткненнях частинок, а час Р. визначається часом вільн. пробігу (середній час між двома послідовними зіткненнями молекул) і ефективністю обміну енергією між усіма ступенями свободи частинок, що стикаються. В одноатомних газах виділяють етап швидкої Р., коли за короткий період часу порядку зіткнення молекул початковий (сильно нерівноважний) стан хаотизується настільки, що для його опису достатньо знати, як змінюється в часі розподіл за координатами та імпульсами всього однієї частинки (т. зв. одночастинна ф-ція розподілу). З другого краю етапі Р. під час порядку часу своб. пробігу в результаті всього дек. зіткнень у макроскопічно малих обсягах, що рухаються із середньою швидкістю перенесення маси (масова швидкість), встановлюється локальне термодинамічні. рівновагу. Воно характеризується параметрами стану (т-рой, хімічним потенціалом та ін), які залежать від просторів. координат і часу і повільно прагнуть рівноважних значень у результаті великої кількості зіткнень (процеси теплопровідності, дифузії, в'язкості тощо). Час Р. залежить від розміру системи і велике в порівнянні з середнім часом вільн. пробігу.

У багатоатомних газах (з внутр. ступенями свободи) м. б. утруднений обмін енергією між надходять. та внутр. ступенями свободи (оберт., Колебат.) І виникає Р., пов'язана з цим явищем. Найшвидше встановлюється рівновага щодо надходження. ступеням свободи, який характеризується відповідною т-рою. рівновагу між надійдуть. та обертають. ступенями свободи встановлюється значно повільніше. Порушення коливань. ступенів свободи можливо лише за високих т-рах. Тому в багатоатомних газах можливі багатоступінчасті процеси Р. (див. Нерівноважна кінетика).Якщо газ складається з компонентів з сильно розрізняються масами молекулами, сповільнюється обмін енергій між компонентами, внаслідок чого можливі стани з разл. т-рами компонент. Напр., в плазмі розрізняються іонні та електронні т-ри і відбуваються повільні процеси їх Р. (див. Плазмохімія).

У рідинах Р. описують за допомогою просторово-часових кореляць. ф-цій, що характеризують згасання у часі та просторі взаємного впливу молекул (кореляцій). Ці кореляції є причиною незворотних процесів-теплопровідності та в'язкості (див. Рідина).Час Р. до повного термодинамічного. рівновагу можна оцінити за допомогою кінетич. коефіцієнтів. Напр., у бінарному р-рі час Р. концентрації т! 2 /D,де L-розмір системи, D-коеф. дифузії; час Р. т-ри т! L 2 /x, де х-коеф. температуропровідності, і т. д. (Докладніше див. Макрокінетика).

У твердих тілах Р. описують як Р. в газі деяких квазічастинок. Напр., кристалліч. ґратах при низьких т-рах пружні коливання трактують як газ фононів (акустична Р.). У системі спінових магн. моментами феромагнетика квазічастинками є магнони (магнітна Р.).

При фазових переходахР. може мати складний характер. Якщо перехід з нерівноважного стану до рівноважного є переходом 1-го роду, система може перейти спочатку в метастабільний стан і потім релаксувати надзвичайно повільно (див. Склоподібний стан).Особливо складні релаксаці. переходи в полімерах, де є набір (спектр) релаксац. явищ, кожне з яких обумовлено своїм механізмом. В околиці точки фазового переходу 2-го роду ступінь упорядкованості фаз характеризується параметром порядку, який прагне до нуля, а його час Р. сильно збільшується. Ще складніший характер Р. із станів, дуже далеких від термодинамічних. рівноваги. У відкритих системах при цьому можливі явища самоорганізації.

Вимірювання часів Р. використовують у хім. кінетиці для вивчення процесів, в яких брало швидко встановлюється рівновага (див. Релаксаційні методи).Механічна Р. проявляється у зменшенні у часі напруги, що створив у тілі деформацію. Механічна Р. пов'язана з в'язкоупру-гістю, вона призводить до повзучості, гістерезисних явищ при деформуванні (див. Реологія).Що стосується біол. системам термін "Р." іноді використовують для характеристики часу життя системи, яка до моменту фізіологічної смерті приходить у стан часткової рівноваги (квазірівноваги) з навколишнім середовищем. У прир. системах часів Р. розділені, сильними нерівностями; розташування їх у порядку зростання або зменшення дозволяє розглядати систему як послідовність ієрархич. рівнів із розл. ступенем упорядкованості структури (див. Термодинаміка ієрархічних систем).

Літ.:Зубарєв Д. Н., Нерівноважна, М., 1971; Ліфшиц Е. М., Пітаєвський Л. П., Фізична кінетика, в кн.: Теоретична фізика, т. 10, М., 1979; Гладишев Р. П., Термодинаміка та природних ієрархічних процесів, М., 1988; Денисов Е. Т., Кінетика гомогенних хімічних реакцій, 2 видавництва, М., 1988.

Хімічна енциклопедія - М: Радянська енциклопедія. За ред. І. Л. Кнунянца. 1988 .

Дивитись що таке "РЕЛАКСАЦІЯ" в інших словниках:

- (від лат. relaxatio ослаблення, зменшення), процес встановлення рівноваги термодинамічної в макроскопіч. фіз. системах (газах, рідинах, тб. тілах). Стан макроскопіч. системи визначається великою кількістю параметрів, і встановлення ... Фізична енциклопедія

релаксація- (від лат. relахаtiо зменшення напруги, ослаблення) стан спокою, розслабленості, що виникає у суб'єкта наслідок зняття напруги, після сильних переживань чи фізичних зусиль. Р. може бути мимовільною (розслабленість при відході… Велика психологічна енциклопедія

Релаксація- процес поступового переходу термодинамічної системи з нерівноважного стану, викликаного зовнішніми впливами, в стан термодинамічної рівноваги. Приклади релаксаційних процесів: поступова зміна напруги в тілі. Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

- [Лат. relaxatio зменшення напруги, ослаблення мед. розслаблення скелетної мускулатури; зняття психічної напруги. Словник іншомовних слів. Комлєв Н.Г., 2006. релаксація (лат. relaxatio зменшення напруги, ослаблення) 1) фіз. процес … Словник іноземних слів російської мови

релаксація- І, ж. relaxation, нім. Relaxation relaxatio зменшення напруги, ослаблення. 1. фіз. Процес поступового повернення стан рівноваги який л. системи, виведеної з такого стану, після припинення дії факторів, що її вивели. Історичний словник галицизмів російської

РЕЛАКСАЦІЯ, процес встановлення термодинамічної рівноваги в макроскопічній фізичній системі, що складається з великої кількості частинок. Характеристика процесу релаксації. Наприклад: для системи електронів у металі час релаксації t 10… … Сучасна енциклопедія

У фізіології розслаблення чи різке зниження тонусу скелетної мускулатури до повного знерухомлення. Може виникнути як патологічний стан; штучна релаксація досягається застосуванням міорелаксантів. Великий Енциклопедичний словник

Розслаблення, терморелаксація, згасання, ослаблення Словник російських синонімів. релаксація сущ., кіл синонімів: 6 ауторелаксація (1) … Словник синонімів

- (від латинського relaxatio розслаблення, розрядка, відпочинок); 1) розслаблення або різке зниження тонусу скелетної мускулатури. Штучну релаксацію, що досягається застосуванням препаратів міорелаксантів, використовують при хірургічних втручаннях. Сучасна енциклопедія

- (Від лат. relaxatio полегшення, розслаблення) стан спокою, пов'язаний з повним або частковим розслабленням м'язів. Розділяють довготривалу релаксацію, яка відбувається під час сну, гіпнозу, при фармакологічних впливах, та… Психологічний словник

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЇ

Федеральна державна бюджетна освітня установа

вищої професійної освіти

«НОВОСИБІРСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ДОСЛІДНИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ ПРИРОДНИХ НАУК

П.А. Колінько, Д. В. Козлов

Хімічна кінетика у курсі фізичної хімії

Навчально-методичний посібник

Новосибірськ

Навчально-методичний посібник містить матеріал лекцій у розділі «Хімічна кінетика» курсу «Фізична хімія», який читають студенти 1-го курсу ФЕН НГУ.

Призначений для студентів 1-го курсу факультету природничих наук Новосибірського державного університету.

Укладачі:

канд. хім. наук, доц. Д. В. Козлов, канд. хім. наук П. А. Колінько

Допомога підготовлена ​​в рамках реалізації

Програми розвитку НДУ – НГУ

©Новосибірський державний

університет, 2013

ПЕРЕДМОВА

У хімічній науці загалом і у фізичній хімії,

зокрема, є особлива область, яка вивчає механізми та закономірності протікання хімічних процесів у часі. Ця наука називається -

хімічна кінетика. Хімічна кінетика розглядає та встановлює залежності швидкості хімічних реакцій від концентрацій реагентів,

температури та інших зовнішніх умов.

Хімічна кінетика є тим наріжним каменем, на якому стоїть сучасна хімічна промисловість і, зокрема, нафтохімія,

нафтопереробка та виробництво полімерів.

На першому курсі ФЕН НГУ хімічна кінетика читається наприкінці курсу «Фізична хімія» останні п'ять лекцій. Можливо через те, що до кінця курсу більш ніж 30 лекцій студенти втомлюються, ця частина лекцій засвоюється недостатньо добре. Друга причина, то,

що саме у хімічній кінетиці найбільше математичних викладок та формул, якщо порівнювати з іншими частинами курсу «Фізична хімія».

Мета цього посібника – дати студентам можливість ознайомитися з основними поняттями хімічної кінетики, формальної кінетики, теорії елементарного акту хімічної реакції, теорії зіткнень та багатьох інших. При цьому у читачів з'являється можливість порівнювати матеріал читаний лектором в університеті з матеріалом методички та ставити питання з незрозумілих тем лектора та семінаристів. Ми сподіваємося, що це дозволить студентам краще засвоїти матеріал.

Для зручності розуміння основні поняття,

згадані в тексті вперше, виділені жирним курсивом, їх визначення – жирним шрифтом.

1. Хімічна кінетика як розділ фізичної хімії

склад та енергетичний ефект хімічної реакції

Однак ця наука не може відповісти на питання про те, як здійснюється ця реакція і з якою швидкістю. Ці питання, а саме, питання про механізм та швидкості протікання хімічної реакціївходять до області компетенції хімічної кінетики.

Хімічна кінетика чи кінетика хімічних реакцій (Від грец. κίνησις - Рух) -радел

фізичної хімії, що вивчає закономірності перебігу хімічних реакцій у часі, залежності цих закономірностей від зовнішніх умов, а також механізми хімічних перетворень . На відміну від термодинаміки, хімічна кінетика вивчає перебіг хімічних реакційв часі. Тобто. термодинаміка вивчає початковий та кінцевий стан системи, а хімічна кінетика зміна системи при переході з початкового стану в кінцевий стан. Наприклад, реакція

з точки зору термодинаміки дуже сприятлива, принаймні, при температурах нижче 1000 ° С (при

Вищі температури відбувається вже розпад молекул СО2 ), тобто. вуглець і кисень повинні (практично зі 100%-ним виходом) перетворитися на діоксид вуглецю. Однак досвід показує, що шматок вугілля може роками лежати на повітрі, при вільному доступі кисню, не зазнаючи жодних змін. Те саме можна сказати і про безліч інших відомих реакцій. Таким чином, знання кінетичних закономірностей важливе також при зберіганні та експлуатації хімічних продуктів, коли треба уповільнити їхню деструкцію. Це важливо, наприклад, під час зберігання харчових продуктів, ліків, палива, полімерів.

2. Основні поняття хімічної кінетики

2.1. Стехіометричне рівняння хімічної реакції

Формальна кінетика дозволяє кількісно описати перебіг хімічного процесу у часі за постійної температури залежно від концентрації реагуючих речовин та його фазового складу. Для опису використовується стехіометричне рівняння–

це рівняння, що показує кількісні співвідношення реагентів та продуктів хімічної реакції . Найпростіший приклад такого рівняння – це

стехіометричними коефіцієнтами. А i – реагенти, B j – продукти реакції.

Стехіометричному рівнянню підпорядковуються збільшення кількості реагентів і продуктів, і на його основі визначається матеріальний балансречовин при хімічних перетвореннях Кількість речовин прийнято вимірювати в молях. За потреби через них виражають інші масові показники системи. Використання стехіометричних рівнянь є основним способом опису хімічних реакцій у класичній хімії. Проте стехіометричне рівняння не описує механізму реакції. Будь-яка хімічна реакція є досить складною. Її стехіометричне рівняння, зазвичай, не враховує всю складність елементарних процесів.

2.2. Глибина перебігу реакції

У такій системі, що реагує (1) маси окремих речовин не є незалежними змінними. Зміна числа молей dn i пропорційно

стехіометричним коефіцієнтам у рівнянні реакції Т. е. можна записати

або в інтегральній формі

де ni 0 - Початкова кількість реагенту або продукту (моль); ni - поточна кількість реагенту або продукту (моль); yi – стехіометричний коефіцієнт. Нагадаємо, що для продуктів реакції yi >0, а для реагентів yi<0.

Таким чином, перерозподіл мас у системі в результаті реакції можна описати єдиною змінною ξ, яку називають хімічної змінної. Хімічна змінна вимірюється в молях

і може приймати різні значення.

У Зокрема, початковий стан системи характеризується значенням ξ = 0. Якщо процес протікає у бік продуктів реакції, то ξ буде більше 0, а якщо у бік реагентів (зворотна реакція), то ξ< 0. Вообще,

протікання реакції.

2.3. Швидкість протікання хімічної реакції

Вивчення кінетики конкретних хімічних реакцій починається, як правило, з побудови експериментально визначених залежностей Ci = f(t), які звуться кінетичних кривих. Далі починається аналіз цих даних та вивчення механізму протікання реакції. Але це вимагає тривалих та складних досліджень, тому після того, як отримані кінетичні криві, можна обробити ці