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

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).