Міністерство охорони здоров'я України Вінницький національний медичний університет ім.М.І.Пирогова ФІЗИЧНА І КОЛОЇДНА ХІМІЯ Конспект лекцій для студентів 2-го курсу денного відділення фармацевтичного факультету 9. ХІМІЧНА КІНЕТИКА м. Вінниця, 2004 р. 1 Закони хімічної термодинаміки дозволяють визначити напрям та межу перебігу можливого за данних умов хімічного процеса, а також його енергетичний ефект. Однак термодинаміка не може відповідсти на питання щодо того, як саме відбувається процес і з якогою швидкістю. Ці питання -механізм та швидкість хімічної реакції - і є предметом хімічної кінетики. Дамо визначення основному поняттю хімічної кінетики - швидкості хімічної реакції: Швидкість хімічної реакції є число елементарних актів хімічної реакції, які відбуваються в одиницю часу в одиниці об’єму (для гомогенних реакцій) або на одиниці поверхні (для гетерогенних реакцій). Швидкість хімічної реакції є зміна концентрації реагуючих речовин в одиницю часу. Перше визначення є наибільш суворим; з нього витікає, що швидкість хімічної реакції можна також виразити як зміну в часі будь-якого параметра стану системи, який залежить від кількості частинок будь-якої реагуючої речовини, віднесеної до одиниці об’єму або поверхні - електропровідності, оптичної густини, диелектричної проникності і т.д. Однак найчастіше в хімії розглядають залежність концентрації реагентів від часу. У випадку однобічних (необоротних) хімічних реакцій (тут і далі розглядаються саме однобічні реакції) концентрації вихідних речовин з часом постійно зменшуються (Свих < 0), а концентрації продуктів реакції збільшуються (Спрод > 0). Швидкість реакції є позитивною, тому математичне визначення середньої швидкості реакції в проміжок часу t записують наступним чином: vсер C В різні проміжки часу середня швидкість хімічної реакції має різні значення; істинна (миттєва) швидкість реакції визначається як похідна від концентрації за часом vіст dC Графічне зображення залежності концентрації реагентів від часу є кінетична крива (рис. лівий, вихідні речовини (А) та продукти реакції (В)). Істинну швидкість реакції можна визначити графічно, провівши дотичну до кінетичної кривої (рис. правий); істинна швидкість реакції в певний момент часу дорівнює за абсолютною величиною тангенсу кута нахилу дотичної: Лекція 9. Хімічна кінетика 2 Треба зауважити, що у випадку, коли стехіометричні коефіцієнти в рівнянні хімічної реакції є різними, величина швидкості реакції буде залежати від того, зміна концентрації якого реагента визначалася. Так, в реакції 2H2 + O2 2H2O концентрації водню, кисню і води змінюються неоднаково. Швидкість хімічної реакції залежить від багатьох факторів: природи реагуючих речовин, їх концентрації, температури, природи розчинника і т.д. Однією з задач, яку вирішує хімічна кінетика, є визначення складу реакційної суміші (тобто концентрацій всіх реагентів) в довільний момент часу, для чого необхідно знати залежність швидкості реакції від концентрацій. В загальному випадку швидкість реакції зростає із збільшенням концентрацій реагуючих речовин. В основі хімічної кінетики знаходиться т.з. основний постулат хімічної кінетики. Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, підведених до певних ступеней. Тобто для реакції аА + bВ + dD +...продукти вираз для швидкості реакції буде таким v k cn1 cn2 cn3... Коефіцієнт пропорційності k називається константою швидкості реакції. Константа швидкості чисельно дорівнює швидкості реакції за умови, що концентрації всіх реагуючих речовин дорівнюють одиниці. Залежність швидкості реакції від концентрацій реагуючих речовин визначається експериментально і має назву кінетичесного рівняння хімічної реакції. Для того, щоб мати повний вигляд цього рівняння, експериментально визначають константу швидкості і показники ступнів при концентраціях реагуючих речовин. Показники степенів n1, n2, n3 називаються порядком реакції за речовинами А, В, D, а їх сумарнe значення n =...