Скорость хим.реакций

1. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции. Основной закон химической кинетики.

2. Химическая кинетика позволяет

Определять оптимальные условия
протекания химико-технологических
процессов;
Определять количества получаемых
продуктов во времени;
Осуществлять целевые реакции;
Предотвращать (подавлять) побочные
реакции.

3.

Скоростью гомогенной химической
реакции называется изменение
концентрации реагирующих веществ
во времени
dcпрод
d
[кмоль/(м3∙с)]
dcисх
d

4. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

1 - Природа химических веществ;
2 - Концентрация исходных веществ;
3 - Температура процесса;
4 - Давление;
5 - Наличие катализатора;
6 - Степень перемешивания реагирующих
веществ;
7 - Поверхность соприкосновения реагирующих
веществ.

5.

1- Скорость реакции зависит от физикохимических свойств веществ, их
химической структуры и строения
электронной оболочки атома.
2- Скорость простых гомогенных
реакций при t = const пропорциональна
концентрации исходных веществ в
степенях, соответствующих их
стехиометрическим коэффициентам в
уравнении реакции.
nA + mB = D
v = k ∙ СA n ∙ СB m

6.

Чтобы скорость процесса была высокой,
необходимо постоянно добавлять в
реакционную зону исходные вещества.
Выгодно увеличивать концентрацию того
исходного компонента, у которого больше
стехиометрический коэффициент в
уравнении реакции.

7.

Для реальных
концентрированных растворов
вместо концентрации используют
активность веществ:
v = k ∙ аAn ∙ аBm
где аA и аB - активности
компонентов А и В

8.

Активность – это такая
концентрация, при использовании
которой реальные растворы
приобретают термодинамические
свойства идеальных растворов.
а = γа ∙ C
где γа - безразмерный коэффициент,
зависящий от концентрации и
температуры раствора

9.

Активность имеет размерность
концентрации.
Коэффициент активности γа
характеризует степень отклонения
свойств реальных растворов от
идеальных, для которых γа = 1.
Для реальных газов γа меньше 1.

10.

11.

3 - Скорость реакции зависит от
температуры. Зависимость
константы скорости реакции от
температуры определяется
уравнением Аррениуса
k k0 e
E
RT

12.

где k – константа скорости реакции при
определенной температуре;
k0 – константа, зависящая от природы
вещества;
е – основание логарифма;
Е – энергия активации;
R – универсальная газовая постоянная;
Т – температура, К

13.

При нагревании реакционной смеси
увеличивается число активных
молекул, обладающих необходимой
для вступления в реакцию энергией
активации.
Поэтому с повышением температуры
резко увеличивается скорость
химического процесса.

14.

Кроме того, в соответствии с
правилом Вант-Гоффа повышение
температуры на каждые 10 градусов
приводит к увеличению скорости
химической реакции в 2 – 4 раза.

15.

4 - Изменением давления можно
влиять на те химические процессы,
которые протекают в газовой фазе.
Тогда скорость реакции можно
записать:
v = k ∙ PAn ∙ PBm
PA и PB – парциальные давления
веществ А и В

16.

5 - Катализатор позволяет снизить
энергию активации химической реакции,
понизить температуру процесса.
Катализатор не влияет на смещение
химического равновесия: он ускоряет как
прямую, так и обратную реакции.
Если в ходе реакции образуется несколько
продуктов, то для смещения равновесия в
сторону целевого продукта, подбирают
такой катализатор, который ускоряет
целевую реакцию и не влияет на скорость
побочной реакции.

17.

6 – Перемешивание увеличивает
скорость химической реакции за счет
замены молекулярной диффузии
конвективной.
В гомогенных системах
перемешивание выравнивает
концентрации в реакционном объеме,
усиливает и увеличивает число
столкновений реагирующих молекул.

18.

В гетерогенных системах при
перемешивании возникают
завихрения, следствие чего
ускоряется перенос реагирующих
компонентов.
Кроме того, перемешивание
увеличивает поверхность
взаимодействия фаз и тем самым
ускоряет протекание химикотехнологического процесса.

19.

7- Для увеличения поверхности
соприкосновения фаз стремятся
развить поверхность более тяжелой
фазы:
- твердой фазы в системах Г-Т, Ж-Т;
- жидкой фазы в системах Г-Ж.

20.

Развитие поверхности твердой
фазы достигается:
- измельчением исходного сырья;
- увеличением пористости
катализатора, на поверхности
которого протекает реакция.

21.

Для развития поверхности жидкой фазы
применяют:
- насадки, орошаемые жидкостью;
- разбрызгивание жидкости в потоке газа
(массообмен происходит на поверхности
капель жидкости );
- барботаж газа через жидкость
(пробулькивание газа в виде пузырьков:
массообмен осуществляется на
поверхности пузырьков газа).