Лекция 1 Шагалов Владимир Владимирович Химическая кинетика гетерогенных процессов

Шагалов Владимир Владимирович Аннотация Курс для подготовки специалистов по направлению «Химическая технология материалов современной энергетики». Цель изучаемой дисциплины: фундаментальное изучение основных моделей гетерогенного химического реагирования, знание основных закономерностей, определяющих скорость протекания химических процессов, выявление основных факторов, влияющих на скорость химических превращений и применение полученной информации для оптимизации технологических процессов. 2

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Общие понятия Химическая кинетика - наука, изучающая закономерности протекания химических процессов во времени. На основании основного постулата химической кинетики, раздел химической кинетики, в котором рассматривается метод нахождения зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, получил название формальной кинетики. 3

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Химическая реакция - превращение одного или нескольких исходных веществ в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества. При химических превращениях происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества. 4

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Классификация химических реакций - - Число исходных компонентов -Состав исходных компонентов -Агрегатное состояние реагентов и продуктов -Число фаз -Природа переносимых частиц -Возможность протекания реакций -Знак теплового эффекта -Др. 5

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Агрегатное состояние реагентов и продуктов: Гомогенные гомофазные реакции Гетерогенные гомофазные реакции Гомогенные гетерофазные реакции Гетерогенные гетерофазные реакции 6

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Агрегатное состояние реагентов и продуктов: Гомогенные гомофазные реакции - исходные реагенты и продукты реакции находятся в одной фазе. 7

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Агрегатное состояние реагентов и продуктов: Гетерогенные гомофазные реакции - реагенты и продукты находятся в пределах одной фазы, однако реакция протекает на границе раздела фаз. 8

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Агрегатное состояние реагентов и продуктов: Гомогенные гетерофазные реакции - реагенты и продукты находятся в пределах нескольких фаз, однако реакция протекает в одной фазе 9

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Агрегатное состояние реагентов и продуктов: Гетерогенные гетерофазные реакции - в этом случае реагенты находятся в разном фазовом состоянии, продукты реакции также могут находиться в любом фазовом состоянии 10

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Фаза - термодинамически однородная по свойствам часть термодинамической системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы. В однокомпонентной системе разные фазы могут быть представлены различными агрегатными состояниями или разными полиморфными модификациями вещества 11

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Скорость химической реакции* - какое количество молекул данного вида реагирует в единицу времени 12 aA + бБ + … вВ + гГ + …

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Скорость химической реакции - число молекул или молей данного вещества, реагирующих в единицу времени в единице объема 13 aA + бБ + … вВ + гГ + …

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Классификация химических гетерогенных реакций по скорости: - Реакции с постоянной скоростью -Реакции, скорость которых уменьшается со временем -Реакции со скоростью, увеличивающейся с течением времени 14

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика реагируют только те молекулы, которые сталкиваются. 15 aA + бБ + … вВ + гГ + …

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Основной постулат химической кинетики 16

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Физический смысл константы скорости 17 = k 1 Константа скорости химической реакции есть скорость этой реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ постоянны и равны единице. Константу скорости иногда называют удельной скоростью химической реакции

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Количественно скорость химической реакции выражается числом единиц массы одного из продуктов или реагентов, которые образуются или прореагируют в единицу времени в единице объема системы V 18 Если V - const

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Скорость гетерогенных химических реакций относят не к единице объема, а к единице поверхности реагирования в единице объема или к пропорциональным ей величинам, таким как: объем аппарата, объем газа при постоянном объеме аппарата 19

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Обратимые и необратимые реакции 20 Обратимыми в химической кинетике называют такие реакции, которые одновременно и независимо протекают в двух направлениях - прямом и обратном, но с различными скоростями. Для обратимых реакций характерно, что через некоторое время после их начала скорости прямой и обратной реакций становятся равными и наступает состояние химического равновесия.

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика Обратимые и необратимые реакции 21 Обратимая реакция в термодинамическом смысле - скорость прямого процесса бесконечно мало отличаться от скорости обратного процесса

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика 22

Шагалов Владимир Владимирович Формальная кинетика 23