Что такое химическая реакция? Что такое гомогенная и гетерогенная реакция? Что происходит с молекулами при протекании химических реакций? Какими энергетическими. - презентация

1 Что такое химическая реакция? Что такое гомогенная и гетерогенная реакция? Что происходит с молекулами при протекании химических реакций? Какими энергетическими процессами сопровождается химическая реакция?

2 Элементарный акт химической реакции Это активное столкновение молекул, при котором происходит перераспределение электронной плотности между молекулами Скорость химической реакции - это число элементарных актов в единицу времени в единице объёма

3 При протекании химических реакций происходит изменение концентраций веществ, участвующих в реакции: Концентрация реагирующих веществ уменьшается; Концентрация продуктов увеличивается Изменение концентрации продукта Скорость гомогенной химической реакции - ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ реагента или продукта в единицу времени. v - скорость реакции, DC - изменение концентрации (в моль/л), а Dt - интервал времени, в течение которого это изменение произошло (сек) => размерность у скорости реакции такая: "моль/л.сек".

4 Факторы, влияющие на скорость реакции Природа реагирующих веществ Площадь поверхности твердого вещества Концентрация реагирующих веществ Температура Катализатор

5 Закон действующих масс Математически зависимость скорости от концентрации для реакции: А + Б = АБ выражается следующим образом: v = k[А][Б], где v = k[А][Б], где V – скорость реакции; K – константа скорости; [А] и [Б] – концентрации веществ А и Б соответственно

6 Думай самостоятельно Напиши выражение закона действующих масс для реакции: 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О (подсказка: представь реакцию в следующем виде Н 2 + Н 2 + О 2 = 2Н 2 О) Напиши выражение закона действующих масс для реакции: аА + bВ = С аА + bВ = С

7 Догадался… Молодец! Для реакции: 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О V = k[Н 2 ] 2 [О 2 ] V = k[Н 2 ] 2 [О 2 ] Для реакции: аА + bВ = С Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов. Это определение относится к гомогенным реакциям. Если реакция гетерогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.

8 Константа скорости k численно равна скорости, если концентрации реагентов постоянны и равны единице. Константа скорости k дает химикам возможность КОЛИЧЕСТВЕННО обсуждать вопросы, связанные с изучением скоростей реакций. Приведем пример. Измеренные константы скоростей приведенных реакций позволяют уже не просто говорить о том, что реакция нейтрализации (H+ + OH-) протекает намного быстрее реакции разложения иона аммония. Можно рассуждать количественно: при 20 о С реакция нейтрализации протекает в 6*10 9 раз быстрее, чем реакция распада иона аммония на аммиак и ион водорода. Измеренные константы скоростей приведенных реакций позволяют уже не просто говорить о том, что реакция нейтрализации (H+ + OH-) протекает намного быстрее реакции разложения иона аммония. Можно рассуждать количественно: при 20 о С реакция нейтрализации протекает в 6*10 9 раз быстрее, чем реакция распада иона аммония на аммиак и ион водорода.Реакция Условия Кинетическое уравнение k H + + OH - = H 2 O 20 o C v = k[H + ][OH - ] 1, л/моль. сек NH 4 + = NH 3 + H o C 1 v = k[NH 4 + ] 1 24 л/моль.сек

9 Правило Вант - Гоффа При увеличении температура на каждые 10 0 скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Число, показывающее, во сколько раз увеличится скорость, называется температурный коэффициент (Υ) Подумай! Если температуру увеличить на 30 0 (Υ= 2), во сколько раз увеличится скорость реакции?

10 Математическое выражение правила Вант- Гоффа V 2 / V 1 = Υ t/10 Задача.

11 Энергия активации Рассмотрим реакцию, которая происходит в замкнутом сосуде между некими газообразными веществами А и Б по уравнению : А + Б = В Для того, чтобы молекулы А и Б прореагировали между собой, они должны сначала столкнуться. Причем столкновение должно быть достаточно энергичным. Энергия, запасенная в молекулах А и Б, должна быть больше какой-то определенной величины - иначе они просто отталкиваются друг от друга, не вступая в реакцию Если же энергия столкновения достаточна, образуется продукт В

12 Энергия активации Мерой "энергичности" молекул может служить, например, скорость их движения, которая возрастает с повышением температуры газа. Кстати, тепло или холод мы воспринимаем именно как результат столкновений окружающих нас "быстрых" или "медленных" молекул атмосферы с нашей кожей.

13 Начальное и конечное состояние вещества в химической реакции разделены энергетическим барьером. Его величина выражается в к Дж на моль А (или на моль Б). Этот барьер называется энергией активации реакции и обозначается символом Еа. Энергией активации Еа называется средняя избыточная энергия Е (по сравнению со средней энергией движения), которой должны обладать реагирующие частицы (атомы, молекулы), чтобы преодолеть энергетический барьер, разделяющий в химической реакции реагенты (исходное состояние) и продукты (конечное состояние).

14 Энергия активации и скорость реакции До сих пор мы сравнивали ОДНУ И ТУ ЖЕ реакцию при разных температурах. Если же сравнить между собой РАЗЛИЧНЫЕ химические реакции, протекающие в одинаковых условиях, то выясняется следующее. Для каждой химической реакции характерно свое собственное значение Еа (не зависящее от температуры). В большинстве случаев энергия активации химических реакций между нейтральными молекулами составляет от 80 до 240 к Дж/моль. Чем НИЖЕ активационный барьер Еа какой-либо химической реакции, тем БЫСТРЕЕ она идет в данных условиях, потому что большее число молекул А и Б способны преодолевать барьер в единицу времени. Если в другой химической реакции активационный барьер ВЫШЕ, то такая реакция в тех же условиях идет МЕДЛЕННЕЕ. Если барьер очень высок, в системе вообще нет молекул, способных преодолеть активационный барьер и реакция не происходит. Какие реакции протекают мгновенно, так как их энергия активации равна нулю? Подумай! Какие реакции протекают мгновенно, так как их энергия активации равна нулю?

15 Почему все возможные реакции ещё не произошли? Итак, мы видим, что для протекания химической реакции молекулы исходных веществ должны сначала преодолеть активационный барьер Еа. Таким образом, активационный барьер может являться препятствием для самопроизвольного протекания даже очень "выгодных" с энергетической точки зрения экзотермических реакций. Например, если бы не было активационного барьера, реакция горения метана в кислороде начиналась бы сразу после соприкосновения метана с воздухом. В этом случае не только природный газ (в нем 95% метана), но и нефть, бензин, уголь, бумагу, одежду, мебель, деревянные постройки и все, что в принципе может гореть, пришлось бы тщательно изолировать от воздуха. К счастью, на пути самопроизвольного протекания этих экзотермических реакций стоит активационный барьер Еа. Когда мы подносим горящую спичку к открытой конфорке газовой плиты, мы заставляем какую-то часть молекул метана и кислорода "перескочить" активационный барьер, не преодолимый при комнатной температуре. В дальнейшем энергия активации для взаимодействия все новых и новых молекул метана и кислорода черпается уже из тепла самой экзотермической реакции.

16 Вещества, принимающие участие, но не расходующиеся в процессе реакции, называются катализаторами. Само это явление называется катализом. Медленно протекающая реакция A + B А…B AB в присутствии катализатора идет с большей скоростью в две стадии: 1. А + К = АК; 2. АК + Б = АБ + К В зависимости от того, находится ли катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества, или образует самостоятельную фазу, говорят о гомогенном или гетерогенном катализе. Механизм каталитического действия для них не одинаков, однако и в том и в другом случае происходит ускорение реакции за счет снижения энергии активации.