РЕЛАКСАЦИЯ
(от лат. relaxatio-отслабване), процесът на установяване в системата термодинамично равновесие.Състоянието е макроскопично. система се определя от мн.ч. параметри, а процесите на постигане на равновесие при различни параметри могат да протичат с различни. скорости. Различава се период на линейна Р., когато определен параметър на състоянието ималко се различава от равновесната си стойност. През този период скоростта на промяна на параметъра и/dtпропорционално на отклонението x iот:
където t и-време P. Оттук следва, че в момент t, отклонението exp (T / t и). По време на т ималко отклонение на параметрите x iот равновесната стойност намалява с коефициент. Количествата = 1 / t и, противоположно на времената на Р., се нарича. честоти R.
Времената на Р. се определят от sv-you системите и вида на разглеждания процес. В реалните системи те могат да варират от незначителни стойности до стойности от порядъка на възрастта на Вселената. Системата може да постигне равновесие по някои параметри и да остане неравновесна по други (частично равновесие). Всички процеси на Р. са неравновесни и необратими и са придружени от разсейване на енергията, т.е. тя се произвежда в системата (вж. Термодинамика на необратими процеси).
При газовете Р. се причинява от обмена на енергия и количеството движение при сблъсъци на частици, а времето за Р. се определя от свободното време. обхват (средно време между два последователни сблъсъка на молекули) и ефективността на обмена на енергия между всички степени на свобода на сблъскващите се частици. При едноатомните газове се разграничава етапът на бърза Р., когато за кратък период от време от порядъка на времето на сблъсък на молекули, първоначалното (силно неравновесно) състояние става хаотично до такава степен, че за да го опишем, достатъчно е да се знае как се променя с времето разпределението на координатите и импулсите само на една частица (т.нар. функция на разпределение на една частица). На втория етап Р. за време от порядъка на времето свободно. пробег в резултат само на няколко. сблъсъци в макроскопски малки обеми, движещи се със средна скорост на пренос на масата (масовата скорост), се установява локална термодинамика. равновесие. Характеризира се с параметри на състоянието (t-рояк, химичен потенциал и др.), които зависят от пространствата. координати и време и бавно се стремят към равновесни стойности в резултат на голям брой сблъсъци (процеси на топлопроводимост, дифузия, вискозитет и др.). Р. времето зависи от размера на системата и е голямо в сравнение със средното свободно време. пробег.
В многоатомни газове (с вътрешни степени на свобода) m. B. обмен на енергия между enter. и Int. степени на свобода (въртящи се, трептящи.) и възниква R., свързано с това явление. Равновесието се установява най-бързо чрез действие. степени на свобода, разрезът се характеризира със съответния t-рояк. Балансът между пристига. и завъртете. степените на свобода се задават много по-бавно. Вълнението се разклаща. степени на свобода е възможна само при високи t-p. Следователно в многоатомните газове са възможни многоетапни R. процеси (вж. Неравновесна кинетика).Ако газът се състои от компоненти с молекули с много различни маси, обменът на енергии между компонентите се забавя, в резултат на което състояния с разпадане. t-rami компонент. Например, йонните и електронните t-ry се различават в плазмата и протичат бавни процеси на тяхното Р. (вж. Плазмената химия).
В течности R. се описва с помощта на пространствено-времеви корелации. f-ции, характеризиращи затихването във времето и пространството на взаимното влияние на молекулите (корелации). Тези корелации са причина за необратими процеси - топлопроводимост и вискозитет (вж. Течност).Време е на Р. за пълна термодинамика. равновесието може да бъде оценено с помощта на кинетика. коефициенти. Например, в бинарен разтвор, времето на концентрация на R. е t! 2
/Д,където L е размерът на системата, D е коефициентът. дифузия; R. време t-ry t! L 2 / x, където x е коефициентът. термична дифузия и др. (за подробности вж. Макрокинетика).
В твърдите тела R. се описва като R. в газ от определени квазичастици. Например в кристален. решетка при ниски m-pax еластичните вибрации се интерпретират като газ от фонони (акустичен R.). В системата от спин магнити. моменти на феромагнетик, квазичастиците са магнони (магнитни R.).
В фазови преходиР. може да бъде сложен. Ако преходът от неравновесно състояние към равновесно е преход от първи ред, системата може първо да премине в метастабилно състояние и след това да се отпусне изключително бавно (вж. Стъклено състояние).Релаксацията е особено трудна. преходи в полимери, където има набор (спектър) на релаксация. явления, всяко от които е обусловено от собствен механизъм. В близост до точката на фазов преход от втори ред степента на подреждане на фазите се характеризира с параметъра на порядъка, който клони към нула, а времето му на R. нараства значително. Още по-сложен е характерът на Р. от състояния, които са много далеч от термодинамични. баланс. В отворените системи в този случай са възможни следните явления самоорганизация.
Измерванията на времето на Р. се използват в хим. кинетика за изследване на процеси, при които бързо се установява равновесие (вж. Методи за релаксация).Механичният Р. се проявява в намаляване на напрежението с времето, което е създало деформация в тялото. Механичният Р. е свързан с вискоеластичност, води до пълзене, хистерезисни явления по време на деформация (вж. реология).По отношение на биол. системи, терминът "R." понякога използвани за характеризиране на живота на дадена система, ръбовете до момента на физиологична смърт влизат в състояние на частично равновесие (квазиравновесие) с околната среда. В природата. системи R. пъти се разделят на силни неравенства; тяхното подреждане във възходящ или низходящ ред ни позволява да разглеждаме системата като йерархична последователност. нива с разл. степента на подреденост на структурата (вж. Термодинамика на йерархичните системи).
осветено .:Зубарев Д.Н., Неравновесие, М., 1971; Лифшиц Е. М., Питаевски Л. П., Физическа кинетика, в книгата: Теоретична физика, т. 10, М., 1979; Гладишев Г.П., Термодинамика и естествени йерархични процеси, М., 1988; Денисов Е.Т., Кинетика на хомогенни химични реакции, 2-ро изд., М., 1988.
Химическа енциклопедия. - М .: Съветска енциклопедия. Изд. И. Л. Кнунянц. 1988 .
Синоними:Вижте какво е "РЕЛАКСАЦИЯ" в други речници:
- (от лат. relaxatio отслабване, намаляване), процесът на установяване на равновесието на термодинамичното в макроскопичното. физически системи (газове, течности, твърди вещества). Състоянието е макроскопично. системата се определя от голям брой параметри, а установяването ... ... Физическа енциклопедия
релаксация- (от лат. relhatio намаляване на напрежението, отпускане) състояние на покой, отпускане, възникващо у субекта в резултат на облекчаване на стреса, след силни чувства или физически усилия. Р. може да бъде неволно (отпускане при напускане ... ... Голяма психологическа енциклопедия
Релаксация- - процесът на постепенно преминаване на термодинамична система от неравновесно състояние, причинено от външни влияния, в състояние на термодинамично равновесие. Примери за процеси на релаксация: постепенна промяна в напрежението в тялото ... ... Енциклопедия на термини, дефиниции и обяснения на строителни материали
- [лат. relaxatio намаляване на напрежението, релаксация] мед. отпускане на скелетните мускули; премахване на психическия стрес. Речник на чужди думи. Комлев Н.Г., 2006. релаксация (лат. Relaxatio, намаляване на напрежението, релаксация) 1) физ. процес… Речник на чужди думи на руския език
релаксация- и, w. релаксация, то. Релаксация релаксация намаляване на напрежението, релаксация. 1.физ. Процесът на постепенно връщане в състояние на равновесие на това, което l. система, изведена от такова състояние, след прекратяване на действието на факторите, които са я извели... Исторически речник на руските галицизми
РЕЛАКСАЦИЯ, процесът на установяване на термодинамично равновесие в макроскопична физическа система, състояща се от голям брой частици. Характеристики на процеса на релаксация. Например: за система от електрони в метал времето на релаксация е t 10 ... ... Съвременна енциклопедия
Във физиологията, релаксация или рязко намаляване на тонуса на скелетната мускулатура до пълно обездвижване. Може да се появи като патологично състояние; изкуствената релаксация се постига чрез използване на мускулни релаксанти... Голям енциклопедичен речник
Релаксация, термична релаксация, затихване, отслабване Речник на руските синоними. релаксация n., брой синоними: 6 авторелаксация (1) ... Синонимен речник
- (от лат. relaxatio релаксация, релаксация, почивка), 1) отпускане или рязко намаляване на тонуса на скелетните мускули. При хирургични интервенции се използва изкуствена релаксация, постигната чрез използването на мускулни релаксанти. Съвременна енциклопедия
- (от лат. relaxatio облекчение, отпускане) състояние на покой, свързано с пълна или частична мускулна релаксация. Те споделят дългосрочна релаксация, която се случва по време на сън, хипноза, с фармакологични влияния и ... ... Психологически речник
Да приемем, че искате да получите максималното количество амоняк от дадено количество водород и азот. От материала в предишния раздел вече знаете как можете да повлияете на хода на реакцията, като изместите химичното равновесие в една или друга посока. Въпреки това, за да се реши проблемът по най-ефективния начин, трябва да се вземе предвид и скоростта на реакцията. Познаването на скоростта на химичните реакции е от голямо научно и практическо значение. Например, в химическата промишленост, при производството на вещество, размерът и производителността на апарата, количеството на произведения продукт зависят от скоростта на реакцията.
Химичните реакции протичат с различна скорост. Някои от тях завършват за части от секундата, други продължават минути, часове и дори дни. Ето защо при практическото използване на химичните реакции е много важно да се знае с каква скорост ще протече дадена реакция при определени условия и как да се променят тези условия, така че реакцията да протича с необходимата скорост.
Бързи и бавни реакции: химическа кинетика
Клонът на химията, който изучава скоростта на химичните реакции, се нарича химическа кинетика.
Най-важните фактори, влияещи върху скоростта на реакцията, включват следното:
S естество на реагентите;
S размер на частиците на реагента;
S концентрация на реагентите;
S налягане на газообразни реагенти;
S температура;
S наличието на катализатори в системата.
Природата на реагентите
Както вече беше отбелязано, необходимо условие за химическо взаимодействие между частиците на изходните вещества е техният сблъсък помежду си (сблъсък), освен това в областта на молекулата с висока реактивност (вижте раздела „Как протичат реакциите: теория на сблъсъка“ по-горе в главата). Колкото по-големи и по-сложни са молекулите на реагента, толкова по-малка е вероятността сблъсъкът да се случи точно на мястото
силно реактивни молекули. Често, в доста сложни молекули, силно реактивното място е напълно блокирано от други части на молекулата и не настъпва реакция. В този случай, от множеството сблъсъци, само тези, които се случват на реактивното място, са ефективни (т.е. водещи до химическо взаимодействие).
С други думи, колкото по-големи и по-сложни са молекулите на реагента, толкова по-бавна е скоростта на реакцията.
Размер на частиците на реагентите
Скоростта на реакцията зависи от броя на сблъсъците между молекулите на реагиращите вещества. По този начин, колкото по-голяма е повърхността, върху която възникват сблъсъци, толкова по-висока е скоростта на реакцията. Например, ако донесете горящ кибрит на голямо парче въглища, тогава няма да има реакция. Ако обаче смелите тази буца въглища на прах, напръскате я във въздуха и след това я ударите с кибрит, тя ще избухне. Причината за експлозията (т.е. високата скорост на реакцията) е значително увеличаване на повърхността на въглищата.
Концентрация на реагентите
Увеличаването на броя на сблъсъците на реагентите води до увеличаване на скоростта на реакцията. По този начин скоростта на реакцията е пропорционална на броя на сблъсъците, на които претърпяват молекулите на реагиращите вещества. Броят на сблъсъците от своя страна е толкова по-голям, колкото по-висока е концентрацията на всяко от изходните вещества. Например, дървена дъска гори доста добре в обикновен въздух (който е 20% кислород), но в чист кислород изгарянето е по-интензивно, тоест с по-висока скорост.
При повечето прости реакции увеличаването на концентрацията на реагентите увеличава скоростта на реакцията. Въпреки това, при сложни реакции, протичащи на няколко етапа, тази зависимост не се наблюдава. Всъщност, като определите ефекта на концентрацията върху скоростта на дадена реакция, вие ще можете да разберете кой реагент оказва влияние върху етапа на реакцията, който определя нейната скорост. (Тази информация ще помогне да се изчисли механизмът на реакцията.) Това може да стане чрез извършване на реакции при няколко различни концентрации и наблюдение на ефекта им върху скоростта на реакцията. Ако например промяна в концентрацията на един реагент не влияе върху скоростта на реакцията, тогава ще знаете, че в най-бавния етап от реакционния механизъм (а скоростта на реакцията се определя точно от този етап) този реагент не участва .
Налягане на газообразни реагенти
Налягането на газообразните реагенти има същия ефект върху скоростта на реакцията като концентрацията. Колкото по-високо е налягането на реагентите в газообразно състояние, толкова по-висока е скоростта на реакцията. Това се дължи на увеличения брой сблъсъци. Въпреки това, ако реакцията има сложен механизъм, тогава промяната в налягането може да не доведе до очаквания резултат.
температура
Защо всяка домакиня бърза да охлади останалата пуйка след вечерята за Деня на благодарността? Защото ако не го направите, пуйката може да се развали. И какво означава "развалят"? Това означава повишен бактериален растеж. Сега, когато пуйката е в хладилник, тя ще забави темпа на растеж на бактериите поради по-ниската температура.
Увеличаването на броя на бактериите е обичайна биохимична реакция, тоест химична реакция, включваща живи организми. В повечето случаи повишаването на температурата води до увеличаване на скоростта на такива реакции. В органичната химия има правило: повишаването на температурата с 10 ° C води до удвояване на скоростта на реакцията.
Защо се случва това? Отчасти (сега се досещате!) Поради увеличения брой сблъсъци. С повишаване на температурата молекулите се движат по-бързо, като по този начин се увеличава вероятността от сблъсъците им помежду си, а оттам и химическото им взаимодействие. Това обаче не е всичко. С повишаване на температурата средната кинетична енергия на молекулите също се увеличава. Обърнете внимание на фиг. 8.7 за пример за това как повишаването на температурата влияе върху кинетичната енергия на реагентите и скоростта на реакцията.
При дадена температура не всички молекули имат еднаква кинетична енергия. Някои от тях могат да се движат изключително бавно (т.е. имат ниска кинетична енергия), докато други са доста бързи (т.е. имат висока кинетична енергия). Въпреки това, в преобладаващото мнозинство от случаите стойността на скоростта на движение на молекулите е някъде по средата между тези две скорости.
В действителност температурата е мярка за средната кинетична енергия на молекулите. Както се вижда на фиг. 8.7, повишаването на температурата води до увеличаване на средната кинетична енергия на реагентите, докато кривата се измества надясно, към по-високи стойности на кинетичната енергия. Обърнете внимание и на минималното количество кинетична енергия, което трябва да притежават молекулите, за да може сблъсъкът им да доведе до образуването на ново вещество, т.е. върху енергията на активиране на тази реакция. Молекулите с тази енергия се наричат активни молекули.
Реагентите трябва не само да се сблъскват в реактивното място, докато количеството енергия трябва да бъде прехвърлено, достатъчно за разрушаване на съществуващите връзки и образуване на нови. Ако тази енергия не е достатъчна, тогава при сблъсък на първоначалните молекули реакцията все още няма да се случи.
Имайте предвид, че при по-ниска температура (T1) малък брой реагентни молекули имат необходимата енергия на активиране. При по-висока температура (T2)
енергията на активиране (минималното количество кинетична енергия, необходима за образуването на ново вещество) вече ще бъде притежавана от много повече молекули, т.е. много повече сблъсъци ще бъдат ефективни.
По този начин повишаването на температурата увеличава не само броя на сблъсъците, но и броя на ефективните сблъсъци, в резултат на което възниква химическо взаимодействие на частиците.
Катализатори
Веществата, които не се консумират в резултат на реакцията, но влияят на нейната скорост, се наричат катализатори. Явлението на промяна в скоростта на реакцията под въздействието на такива вещества се нарича катализ. В повечето случаи ефектът на катализатора се обяснява с факта, че той намалява енергията на активиране на реакцията.
Погледнете, например, на фиг. 8.1. Ако стойността на енергията на активиране, съответстваща на максимума на графиката, беше по-малка, тогава броят на ефективните сблъсъци на молекулите на реагента ще бъде по-голям, което означава, че скоростта на реакцията също ще бъде по-висока. Същото може да се види на фиг. 8.7. Ако преместите пунктираната линия наляво, която обозначава минималната кинетична енергия, необходима за достигане на енергията на активиране, тогава много по-голям брой молекули ще имат енергия на активиране и следователно реакцията ще бъде по-бърза.
В химическата промишленост катализаторите се използват широко. Под въздействието на катализатори реакциите могат да се ускорят с милиони или повече фактори.
Разграничаване на хомогенна и хетерогенна катализа. При хомогенна катализа катализаторът и реагентите образуват една фаза (газ или разтвор). При хетерогенна катализа катализаторът е в системата като независима фаза.
Хетерогенна катализа
В „Как се случват реакциите: теория на сблъсъка“, когато се обсъжда как взаимодействат молекулите, формулата по-долу е използвана като пример.
За да се прекъсне връзката A-B и да се образува връзката C-A, показана в уравнението, реагентът C трябва да се сблъска с частта от молекулата A-B, където се намира A. Дали сблъсъкът се случва по този начин зависи до голяма степен от случая. Въпреки това, според теорията на вероятността, рано или късно това ще се случи. За да увеличите вероятността от такъв сблъсък, трябва да "свържете" молекулата A-B, така че нейното място A да е "ориентирано" към реагента C.
Това може да стане с помощта на хетерогенен катализатор: той "свързва" молекула от един реагент към повърхността си, като я ориентира по такъв начин, че да ускори реакцията. Процесът на хетерогенна катализа е показан на фиг. 8.8.
Катализаторът се нарича хетерогенен ("хетерогенен"), тъй като е в агрегатно състояние, което е различно от състоянието на агрегиране на реагиращите вещества. Такъв катализатор обикновено е фино разделен твърд метал или негов оксид, докато реагентите са газове или разтвори. При хетерогенна катализа реакцията протича върху повърхността на катализатора. Оттук следва, че активността на катализатора зависи от размера и свойствата на неговата повърхност. За да има голяма повърхност, катализаторът трябва да има пореста структура или да е във фрагментирано състояние.
При хетерогенна катализа реакцията протича чрез активни междинни съединения - повърхностни съединения на катализатора с реагенти. Преминавайки през поредица от етапи, в които участват тези междинни продукти, реакцията завършва с образуването на крайни продукти и катализаторът не се изразходва като резултат.
Много от нас се сблъскват с работата на хетерогенен катализатор почти всеки ден. Това е каталитичен конвертор за превозно средство. Този конвертор се състои от натрошени метали (платина и/или паладий), използвани за ускоряване на реакцията, която разгражда вредните газове от изгарянето на бензин (като въглероден оксид и неизгорели въглеводороди) до безвредни продукти (като вода и въглероден диоксид).
Този запис е публикуван в неделя, 25 май 2014 г. в 18:20 ч. и се намира под. Можете да проследите всички отговори на този запис чрез емисията. И коментарите, и пинговете в момента са затворени.
– Сложни реакции - Влияние на температурата върху скоростната константа - Обратими и хетерогенни реакции - Фотохимични реакции - Катализа
2.1.7 Сложни реакции
Химичните реакции, които протичат в повече от един етап, се наричат сложни. Помислете за пример за една от сложните реакции, чиято кинетика и механизъм са добре проучени:
2НI + Н 2 О 2 ––> I 2 + 2Н 2 О
Тази реакция е реакция от втори ред; кинетичното му уравнение е както следва:
Изследването на механизма на реакцията показа, че тя е двуетапна (протича на два етапа):
1) НI + Н 2 О 2 ––> НIO + Н 2 О
2) НIO + НI ––> I 2 + Н 2 О
Скоростта на първия етап V 1 е много по-висока от скоростта на втория етап V 2 и общата скорост на реакцията се определя от скоростта на по-бавния етап, който следователно се нарича определящи скоростта или ограничаване .
Въз основа на резултатите от изследването на нейната кинетика може да се направи заключение дали реакцията е елементарна или сложна. Реакцията е сложна, ако експериментално определените частични порядки на реакцията не съвпадат с коефициентите за изходните материали в стехиометричното уравнение на реакцията; частичните порядки на сложна реакция могат да бъдат дробни или отрицателни, кинетичното уравнение на сложната реакция може да включва концентрациите не само на изходните вещества, но и на продуктите на реакцията.
2.1.8 Класификация на сложните реакции
Последователни реакции.
Наричат се последователни сложни реакции, протичащи по такъв начин, че веществата, образувани в резултат на един етап (т.е. продуктите на този етап), са изходните материали за друг етап. Схема на последователна реакция може да бъде изобразена, както следва:
A ––> B ––> C ––> ...
Броят на етапите и веществата, участващи във всеки от етапите, могат да бъдат различни.
Паралелни реакции.
Химическите реакции се наричат паралелни, при които едни и същи изходни материали могат едновременно да образуват различни реакционни продукти, например два или повече изомера:
Конюгирани реакции.
Обичайно е да се наричат конюгирани комплексни реакции, както следва:
1) A + B ––> C
2) A + D ––> E ,
освен това една от реакциите може да протече независимо, а втората е възможна само в присъствието на първата. Вещество А, общо за двете реакции, се нарича актьор, вещество В - индуктор, вещество D, взаимодействащо с А само в присъствието на първата реакция - акцептор... Например, бензенът във воден разтвор не се окислява от водороден пероксид, но когато се добавят соли на Fe (II), той се превръща във фенол и дифенил. Механизмът на реакцията е както следва. На първия етап се образуват свободни радикали:
Fe 2+ + H 2 O 2 ––> Fe 3+ + OH - + OH
които реагират с йони Fe 2+ и бензол:
Fe 2+ + OH ––> Fe 3+ + OH -
C 6 H 6 + OH ––> C 6 H 5 + H 2 O
Настъпва и рекомбинация на радикали:
C 6 H 5 + OH ––> C 6 H 5 OH
C 6 H 5 + C 6 H 5 ––> C 6 H 5 –C 6 H 5
Така и двете реакции включват общ междинен свободен радикал OH.
Верижни реакции.
Верижните реакции се наричат реакции, състоящи се от множество взаимосвързани етапи, когато частиците, образувани в резултат на всеки етап, генерират следващи етапи. По правило верижните реакции протичат с участието на свободните радикали. Всички верижни реакции се характеризират с три типични етапа, които ще разгледаме на примера на фотохимичната реакция на образуване на хлороводород.
1. Произходът на веригата (иницииране):
Сl 2 + hν ––> 2 Сl
2. Развитие на веригата:
Н 2 + Сl ––> НСl + Н
Н + Сl 2 ––> НСl + Сl
Етапът на развитие на веригата се характеризира с броя на молекулите на реакционния продукт на една активна частица - дължината на веригата.
3. Отворена верига (рекомбинация):
Н + Н ––> Н 2
Сl + Сl ––> Сl 2
Н + Сl ––> НСl
Веригата може също да бъде скъсана, когато активните частици взаимодействат с материала на стената на съда, в който се провежда реакцията; следователно скоростта на верижните реакции може да зависи от материала и дори от формата на реакционния съд.
Реакцията на образуване на хлороводород е пример за неразклонена верижна реакция - реакция, при която една реагирала активна частица има не повече от една новопоявяваща се. Верижните реакции се наричат разклонени, при които за всяка реагирала активна частица има повече от една нововъзникнала, т.е. броят на активните частици постоянно нараства по време на реакцията. Пример за реакция с разклонена верига е реакцията между водород и кислород:
1. Инициация:
Н 2 + О 2 ––> Н 2 О + О
2. Развитие на веригата:
О + Н 2 ––> Н + ОН
H + O 2 ––> O + OH
OH + H 2 ––> H 2 O + H
Copyright © С. И. Левченков, 1996 - 2005.
МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСИЯ
Федерална държавна бюджетна образователна институция
висше професионално образование
"НОВОСИБИРСКИ НАЦИОНАЛЕН НАУЧЕСТВЕН ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ"
ФАКУЛТЕТ ПО ПРИРОДНИ НАУКИ
П.А. Колинко, Д. В. Козлов
Химическа кинетика по физична химия
Учебно ръководство
Новосибирск
Учебното помагало съдържа материал от лекции по раздел "Химическа кинетика" от курс "Физична химия", прочетени на студентите 1 курс на ФЕН НСУ.
Предназначен за студенти от 1-ва година на Факултета по естествени науки на Новосибирския държавен университет.
Съставено от:
канд. хим. науки, ст.н.с. Д. В. Козлов, канд. хим. Науки P. A. Колинко
Ръководството е изготвено като част от изпълнението
Програми за развитие на НРУ - НСУ
© Новосибирска държава
университет, 2013 г
ПРЕДГОВОР |
|
Химическа кинетика като разрез |
|
физическа химия |
|
Основни понятия за химическата кинетика |
|
Методи за измерване на скоростта на хим |
|
Концепцията за механизма на химическа реакция |
|
Елементарни химични реакции |
|
Кинетично уравнение на химична реакция |
|
Методи за намиране на реда на реакция |
|
Константа на скоростта на химическата реакция |
|
Закон на Арениус |
|
Формалната кинетика като клон на химията |
|
кинетика |
|
Необратими реакции от първи ред |
|
Необратими реакции от втори ред |
|
Необратими реакции от трети ред |
|
Ефективно време за реакция |
|
Обратими реакции |
|
Концепцията за пътя на химическата реакция |
|
Общи понятия от теорията на елементарния акт |
|
химическа реакция |
|
Термодинамичен подход в теорията |
|
преходен комплекс |
|
Теория на сблъсъка |
|
Сложни реакции и реакции, включващи |
|
междинни частици. Класификация |
|
ПРЕДГОВОР
В химическата наука като цяло и във физическата химия, в
по-специално има специална област, която изучава механизмите и закономерностите на протичането на химичните процеси във времето. Тази наука се нарича -
химическа кинетика... Химическата кинетика изследва и установява зависимостта на скоростта на химичните реакции от концентрацията на реагентите,
температура и други външни условия.
Химическата кинетика е крайъгълният камък, върху който съвременната химическа промишленост и по-специално нефтохимията,
рафиниране на нефт и производство на полимери.
През първата година на ФЕН НСУ химическата кинетика се чете в края на курса „Физична химия” в последните пет лекции. Може би поради факта, че до края на курса от над 30 лекции студентите се уморяват, тази част от лекциите не се усвоява достатъчно добре. Втората причина е
какво точно е в химическата кинетика най-вече математическите изчисления и формули, в сравнение с други части на курса "Физична химия".
Целта на това ръководство е да предостави на учениците възможност да се запознаят с основните понятия на химическата кинетика, формалната кинетика, теорията на елементарния акт на химична реакция, теорията на сблъсъците и много други. В същото време читателите имат възможност да сравняват материала, прочетен от преподавателя в университета, с материала на помагалото и да задават въпроси по неразбираеми теми на преподавателя и семинаристите. Надяваме се, че това ще позволи на учениците да усвоят по-добре материала.
За по-лесно разбиране, основните понятия,
споменатите за първи път в текста са с удебелен курсив, техните определения са с удебелен шрифт.
1. Химическата кинетика като раздел на физичната химия
състав и енергиен ефект химическа реакция.
Тази наука обаче не може да отговори на въпросите как и с каква скорост се осъществява тази реакция. Тези въпроси, а именно въпроси за механизма и скорост на химична реакцияпопадат в компетентността на химическата кинетика.
Химическа кинетика или кинетика на химичните реакции (от гръцки κίνησις - движение) -дял
физическа химия, изучаване на законите на протичането на химичните реакции във времето, зависимостта на тези закони от външни условия, както и механизмите на химичните трансформации ... За разлика от термодинамиката, химичната кинетика изучава хода на химичните реакциина време. Тези. термодинамиката изучава началното и крайното състояние на системата, докато химическата кинетика изучава промяната в системата по време на прехода от първоначалното към крайното състояние. Например реакцията
от гледна точка на термодинамиката, това е много благоприятно, във всеки случай, при температури под 1000 ° C (при
При по-високи температури настъпва разлагане на молекулите на CO2), т.е. въглеродът и кислородът трябва (почти 100% добив) да се превърнат във въглероден диоксид. Опитът обаче показва, че парче въглища може да лежи във въздуха с години, със свободен достъп на кислород, без да претърпява никакви промени. Същото може да се каже и за много други известни реакции. По този начин познаването на кинетичните закони е важно и при съхранението и експлоатацията на химически продукти, когато е необходимо да се забави тяхното унищожаване. Това е важно например при съхранение на хранителни продукти, лекарства, горива, полимери.
2. Основни понятия за химическата кинетика
2.1. Стехиометрично уравнение на химическа реакция
Формалната кинетика дава възможност да се опише количествено протичането на химичен процес във времето при постоянна температура, в зависимост от концентрацията на реагентите и техния фазов състав. Използва се за описание стехиометрично уравнение–
е уравнение, показващо количествените съотношения на реагентите и продуктите от химическа реакция ... Най-простият пример за такова уравнение е
стехиометрични коефициенти. И i - реагенти, B j - реакционни продукти.
Увеличенията в количествата на реагентите и продуктите се подчиняват на стехиометричното уравнение и на негова основа се определя материален балансвещества по време на химични трансформации. Количеството на веществата обикновено се измерва в молове. При необходимост чрез тях се изразяват и други масови характеристики на системата. Използването на стехиометрични уравнения е основният начин за описване на химичните реакции в класическата химия. Стехиометричното уравнение обаче не описва механизъм на реакция... Всяка химическа реакция е достатъчно трудна. Неговото стехиометрично уравнение, като правило, не отчита цялата сложност на елементарните процеси.
2.2. Дълбочина на реакцията
V В такава реактивна система (1) масите на отделните вещества не са независими променливи. Промяна в броя на моловете dnаз съм пропорционален на
стехиометрични коефициенти в уравнението на реакцията. Тоест можете да пишете
или в интегрална форма
където ni 0 е първоначалното количество реагент или продукт (mol); ni е текущото количество реагент или продукт (mol); yi е стехиометричният коефициент. Припомнете си, че за продуктите на реакцията yi> 0, а за реагентите yi<0.
По този начин, преразпределението на масите в системата в резултат на реакцията може да се опише с една променлива ξ, която се нарича химическа променлива... Химичната променлива се измерва в молове
и може да придобие различни значения.
V по-специално, първоначалното състояние на системата се характеризира със стойността ξ = 0. Ако процесът продължи към реакционните продукти, тогава ξ ще бъде по-голямо от 0, а ако към реагентите (обратна реакция), тогава ξ< 0. Вообще,
хода на реакцията.
2.3. Скорост на химическата реакция
Изследването на кинетиката на специфични химични реакции започва като правило с изграждането на експериментално определени зависимости Ci = f (t), които се наричат кинетични криви... По-нататък започва анализът на тези данни и изследването на механизма на реакцията. Но това изисква продължителни и сложни изследвания, следователно, след като се получат кинетичните криви, е възможно да се обработят тези
Време за релаксация на молекулите на веществото- това е времето, необходимо на една молекула да се придвижи (отговори) на удара. Ако времето за релаксация на молекулите на дадено вещество е много по-дълго от времето на излагане на веществото, тогава молекулите нямат време да се пренаредят (движат) под натоварване, което води до разкъсване на химичните връзки в веществото. За различните вещества времето за релаксация е различно и може да варира в много широк диапазон: от хилядни от секундата до няколко хилядолетия.
История
През 19 век дори се предполагаше, че течните и твърдите тела нямат ясна граница. Ако се замислите, тук няма нищо особено изненадващо. Ако, например, ударите силно водата с дланта си, тогава водата ще се държи като твърдо тяло (можете да го усетите, ако желаете!). Ако ударите с чук върху поток от гъста течност, тогава с помощта на кратко излагане на камерата можете да поправите, че от удара потокът ще лети на много малки остри фрагменти (капки), което показва някои свойства на твърдо крехко тяло. Или ако вземете парче смола, очилата са аморфни тела. Те са толкова вискозни, че свойствата на течливост на тези материали не се виждат. Всъщност те текат и това може лесно да се определи, като се приложи натоварване към тях! (разбира се, стъклото е по-вискозно вещество и при проява на свойства на течливост изисква по-индивидуални условия, например нагряване или дълго време на приложение на натоварване).Време за релаксация на чаша
Стъклото има доста дълго време за релаксация, следователно, в резултат на бързото охлаждане, молекулите нямат време да поемат своето метастабилно състояние в структурата. Впоследствие те замръзват в хаотичната си структура. И именно нарушението на структурата на материята определя излишната енергия на Гибс, за разлика от нейната кристална форма, в която молекулите се намират с минимална енергия. Като следствие, това дава на молекулите в стъклено състояние стимул да развиват структурата към повече подреденост (тоест към структура с по-малко енергия).Тази спонтанна еволюция, която е свойство, общо за всички очила, се нарича общо структурна релаксация. В случай на метални стъкла това е широкомащабно явление, което забележимо или дори много силно променя всичките им физически свойства. Въпреки многобройните изследвания на този феномен, той остава до голяма степен неизследван, а механизмите му са неразбираеми.
