Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5: Хімічна кінетика, механізми реакції та хімічна рівновага

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22244

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Хімічна кінетика - це вивчення того, як швидко відбуваються хімічні реакції та факторів, що впливають на ці швидкості. Вивчення швидкості реакції тісно пов'язане з вивченням механізмів реакції, де механізм реакції - це теорія, яка пояснює, як відбувається реакція.

    • 5.1: Хімічна кінетика
      Ми можемо виділити два рівні деталізації механізму хімічної реакції: Перший - це серія елементарних процесів, що відбуваються для даної чистої реакції. Це називається стехіометричним механізмом. Часто також можна зробити висновок про відносні положення всіх атомів під час реакції. Такого роду модель називають інтимним механізмом або деталізованим механізмом.
    • 5.2: Швидкість реакції та закони швидкості
      Коли ми говоримо про швидкість конкретної реакції, ми маємо намір вказати кількість хімічних змін, які відбуваються в одиницю часу через цю реакцію. Зазвичай вигідно вказувати кількість хімічної зміни одиниць родимок. Ми можемо вказати кількість хімічних змін, вказавши кількість молів реагенту, що споживається, або кількість молів продукту, який виробляється в секунду цією реакцією.
    • 5.3: Одночасні процеси
      Кількість молей речовини в системі може змінюватися з часом, оскільки одночасно відбувається кілька процесів. Не тільки дана речовина може брати участь в більш ніж одній реакції, але і на кількість її, яка присутня, може впливати процеси, які не є хімічними реакціями. Різноманітні транспортні процеси можуть діяти для збільшення або зменшення кількості речовини, яка присутня в реакційній суміші.
    • 5.4: Вплив температури на швидкість реакції
      На практиці константи швидкості змінюються у відповідь на зміни декількох факторів. Дійсно, вони зазвичай однакові в двох експериментах, тільки якщо ми зберігаємо все, крім концентрації реагентів однаковими. Інший спосіб сказати це полягає в тому, що закон швидкості фіксує залежність швидкості реакції від концентрацій, тоді як залежність швидкості реакції від будь-якої іншої змінної з'являється як залежність констант швидкості від цієї змінної.
    • 5.5: Інші фактори, що впливають на швидкість реакції
      Реакція, яка виникає в одному розчиннику, зазвичай відбувається і в ряді подібних розчинників. Наприклад, реакція, яка виникає у воді, часто відбувається з низькомолекулярним спиртом або сумішшю спирту та води - як розчинника. Як правило, один і той же закон норми дотримується в ряді розчинників, але константи швидкості залежать від розчинника.
    • 5.6: Механізми і елементарні процеси
      Щоб побачити, що ми маємо на увазі під елементарним процесом, розглянемо деякі можливі механізми базового гідролізу йодиду метилу. У цій реакції розривається зв'язок вуглець-йодид і утворюється вуглець-кисневий зв'язок. Хоча будь-яка кількість послідовностей реакцій підсумовується цьому загальному рівнянню, ми можемо записати три, які є досить простими і правдоподібними.
    • 5.7: Норма законів для елементарних процесів
      Якщо думати про елементарний бімолекулярний закон швидкості реакції між молекулами А і В, ми визнаємо, що реакція може відбуватися тільки при контакті молекул. Вони повинні зіткнутися, перш ніж вони зможуть реагувати. Отже, ймовірність того, що вони реагують, повинна бути пропорційна ймовірності зіткнення, а кількість молекул продукту, утворених за одиницю часу, повинна бути пропорційною кількості зіткнень A−B, які відбуваються за одиницю часу.
    • 5.8: Експериментальне визначення законів ставок
      Визначення закону швидкості - це питання знаходження емпіричного рівняння, яке адекватно описує дані швидкості реакції. Ми можемо виділити два загальні підходи: Один підхід полягає в безпосередньому вимірюванні швидкості реакції. Тобто вимірювати швидкість реакції в експериментах, де відомі концентрації реагентів і продуктів. Інший - вимірювати концентрацію через часті проміжки часу, оскільки реакція йде майже до завершення і шукати диференціальне рівняння, відповідне цим даними.
    • 5.9: Процеси першого порядку
      Процеси першого порядку мають повсюдний характер - і комерцію. У хімії нас зазвичай цікавлять процеси розпаду першого порядку; в інших предметах загальним є зростання першого порядку. Ми можемо розвинути нашу оцінку динаміки - і математики - процесів першого порядку, розглядаючи тісно пов'язаний предмет складного інтересу.
    • 5.10: Закони ставок шляхом вивчення початкових ставок
      У концепції, найбільш простим способом вимірювання швидкості реакції безпосередньо є вимірювання зміни концентрації одного реагенту за короткий проміжок часу відразу після початку реакції. Початкові концентрації відомі з способу приготування реакційної суміші. При необхідності вихідну суміш можна приготувати так, щоб були присутні відомі концентрації продуктів або проміжних продуктів реакції.
    • 5.11: Норма законів експериментів в безперервному змішуваному резервуарному реакторі
      Реактор безперервного перемішування резервуара (CSTR) - або реактор ємності-потоку - це чудовий метод збору кінетичних даних, коли закон швидкості є складним. На жаль, CSTR, як правило, є дорогим у будівництві та складним для експлуатації.
    • 5.12: Прогнозування законів ставок із запропонованих механізмів
      Оскільки запропонований механізм може бути дійсним лише в тому випадку, якщо він відповідає нормовому закону, знайденому експериментально, нормовий закон відіграє центральну роль у дослідженні механізмів хімічних реакцій. Обговорення вище вводить проблеми та методи, пов'язані зі збором даних про швидкість та з знаходженням емпіричного закону швидкості, який відповідає експериментальним даними концентрації проти часу. Перейдемо тепер до пошуку законів ставок, які узгоджуються з конкретним запропонованим механізмом.
    • 5.13: Механізм Міхаеліса-Ментена для ферментно-каталізованих реакцій
      Швидкості ферментативно-каталізованих реакцій можуть проявляти складну залежність від відносних концентрацій ферменту і субстрату. Більшість цих особливостей пояснюється механізмом Міхаеліса-Ментена, який постулює швидке врівноваження ферменту і субстрату з їх ферментно-субстратним комплексом. Трансформація субстрату відбувається всередині цього комплексу. Продукти реакції не комплексуються сильно з ферментом. Після того, як субстрат трансформується, продукти розсіюються.
    • 5.14: Механізм Ліндеманна-Хіншелвуда для розпаду першого порядку
      Кінетика першого порядку для одномолекулярної реакції відповідає постійній ймовірності того, що дана молекула реагує в одиницю часу. Ми окреслимо простий механізм, який раціоналізує цей факт, який передбачає, що ймовірність реакції дорівнює нулю, якщо тільки молекула не має якоїсь мінімальної енергії. Для молекул, енергія яких перевищує порогове значення, припустимо, що ймовірність реакції постійна. Однак, коли зіткнення часті, молекула може мати надлишок енергії лише протягом коротких інтервалів.
    • 5.15: Чому одномолекулярні реакції є першим порядком
      Загальна енергія молекули розподіляється між численними ступенями свободи. Молекула має поступальну кінетичну енергію, обертальну кінетичну енергію та вібраційну енергію. Коли вона набуває надлишкової енергії через зіткнення з іншою молекулою, додаткова енергія може перейти безпосередньо в будь-який з цих режимів. Однак, перш ніж молекула зможе реагувати, достатньо енергії повинно знайти свій шлях у якийсь досить особливий режим.
    • 5.16: Механізм базового гідролізу Co (NH) x
      Закон швидкості рідко буває достатнім для встановлення механізму тієї чи іншої реакції. Базовий гідроліз кобальтових пентаммінних комплексів - це реакція, для якої сходяться численні лінії доказів для встановлення механізму. Щоб проілюструвати діапазон даних, які можуть бути корисними при визначенні механізмів реакції, ми узагальнюємо ці докази тут.
    • 5.17: Хімічна рівновага як рівність швидкостей протилежних реакцій
      Константа рівноваги, яка описує відносні концентрації виду в рівновазі, може бути витягнута з кінетичних законів швидкості.
    • 5.18: Принцип мікроскопічної оборотності
      Вираз постійної рівноваги є важливим і фундаментальним взаємозв'язком, який пов'язує концентрації реагентів і продуктів в рівновазі. Виведена вище з простої моделі концентраційної залежності швидкостей елементарно-реакційних реакцій. При цьому ми використовуємо критерій, що тимчасова швидкість зміни будь-якої концентрації повинна дорівнювати нулю при рівновазі. Зрозуміло, що це необхідна умова; якщо будь-яка концентрація змінюється з часом, реакція не знаходиться в рівновазі.
    • 5.19: Мікроскопічна оборотність і другий закон
      Принцип мікроскопічної оборотності вимагає, щоб паралельні механізми породжували однаковий вираз для концентрації-залежності константи рівноваги. Тобто функція, що характеризує рівноважний склад, повинна бути однаковою для кожного механізму.
    • 5.20: Проблеми