Глава 1. Химические реакции и закономерности их протекания

Скорость химической реакции

Катализаторы — это вещества, изменяющие скорость химической реакции, но сами в этом процессе не расходуются и не входят в состав продуктов реакции.

Многие катализаторы ускоряют реакцию (например, диоксид марганца — МпO₂ в реакции разложения перманганата калия КМпO₄). Роль катализатора, вызывающего ускорение реакции, в том, что он снижает энергию активации, а следовательно, и энергетический барьер.

Но есть и такие катализаторы, которые замедляют ход реакции, например органическое вещество формальдегид, замедляющий коррозию металлов. Такие вещества называют ингибиторами.

Химические реакции, протекающие в присутствии катализатора, называются каталитическими, а изменение скорости реакции под действием катализатора называется катализом.

Катализ в зависимости от агрегатного состояния реагирующих веществ бывает:

а) гомогенный (когда катализатор и реагирующие вещества находятся в одном и том же агрегатном состоянии — жидком или газообразном);
б) гетерогенный (когда реагирующие вещества находятся в одном состоянии, а катализатор — в другом, чаще всего он бывает твердым, а реагирующие вещества — в жидком или газообразном состоянии).

Опыт 5. На дно небольшого стакана нальем 3%-ный раствор перекиси водорода. Что наблюдаете? Добавим в раствор Н₂O₂ немного черного порошка МпO₂, а в стакан внесем тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Сделайте выводы на основе опыта.

Большинство реакций идут в двух направлениях: в прямом → и обратном ←, т. е. являются обратимыми. Уравнения таких реакций записываются со знаком обратимости.

Обратимыми называются такие реакции, которые протекают при данных условиях (t и др.) одновременно в двух противоположных направлениях — прямом и обратном.

В обратимых реакциях с течением времени скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной увеличивается вследствие уменьшения концентрации исходных веществ, расходуемых на образование продуктов реакции. Наоборот, в обратной реакции, которая вначале имела минимальную скорость, по мере увеличения концентрации продуктов реакции скорость увеличивается.

Наконец, наступает такой момент, когда υ_np = υ_обр. Такое состояние обратимого процесса называют химическим равновесием.

Химическое равновесие является динамическим (подвижным). Реакция при этом не прекращается и идет в обоих направлениях, но концентрации исходных веществ и продуктов реакции остаются неизменными. За единицу времени образуется такое же количество молекул продуктов реакции, сколько их превращается в исходные вещества. При данных условиях (постоянных t, р и др.) такое равновесие может сохраняться неопределенно долгое время. Для смещения химического равновесия, например в сторону образования продуктов реакции, надо изменить условия. На смещение равновесия влияют те же факторы, что и на скорость химических реакций: увеличение или уменьшение концентрации исходных веществ; повышение или понижение давления (для реакций газообразных веществ); нагревание или охлаждение — изменение температуры. Катализатор не оказывает влияния на смещение равновесия, так как одинаково влияет как на прямую, так и на обратную реакцию.

Основные понятия

Скорость химической реакции • Зависимость скорости реакции от некоторых факторов • Катализаторы • Катализ • Химическое равновесие

Вопросы и задания

1. Что такое скорость химической реакции и в каких единицах она измеряется?

2. Назовите факторы, изменяющие скорость химической реакции, приведите примеры, показывающие их влияние на скорость реакций.

3. Какие вещества называют катализаторами, что такое катализ и какие виды катализа вам известны?

4. Приведите примеры каталитических реакций и дайте объяснение изменению скорости реакций под их влиянием.

5. Приведите примеры каталитических реакций, используемых в быту и технике, происходящих в живом организме, и дайте их описание. Назовите вещества, выполняющие в них роль катализаторов (ингибиторов). Выводы

1. Возникновение и протекание химической реакции находится в зависимости от природы реагентов (их строения, внутренней энергии, реакционной способности и др.), от энергии активации их частиц.

2. Важной энергетической характеристикой химической реакции является тепловой эффект реакции (Q). По этому признаку реакции делят на: а) экзотермические (протекающие с выделением энергии); б) эндотермические (протекающие с поглощением энергии).

3. Важным параметром и показателем химической реакции и реакционной способности реагентов служит скорость химической реакции. Она определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

4. На скорость химической реакции влияют многие факторы. Важнейшие из них: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура, катализаторы.

5. Многие реакции, используемые в лабораториях, на производстве, в быту и протекающие в живом организме, являются каталитическими, т. е. идут в присутствии катализаторов. Катализаторы — вещества, изменяющие скорость реакции, но остающиеся в конце ее неизменными. Изменение скорости под действием катализаторов называется катализом.

6. Зависимости скорости реакций от этих факторов относят к закономерностям протекания химических реакций, так как они отражают в себе их отношения и причинно-следственные связи. Важная функция закономерностей — прогнозирование, предсказывание возможностей и условий протекания реакций.

7. Общая закономерность протекания реакций: зависимость протекания реакций от природы взаимодействующих веществ и внешних факторов.

<<< К началу параграфа