Энергетические эффекты химических реакций. Скорости химических реакций.

Химическая термодинамика - наука, изучающая переходы энергии из одной формы в другую при химических реакциях и устанавливающая направление и пределы их самопроизвольного протекания при заданных условиях.

Объектом изучения в термодинамике является система. Системой называется совокупность находящихся во взаимодействии веществ, обособленная от окружающей среды. Различают гомогенные и гетерогенные системы.

Систему называют термодинамической, если между телами, ее составляющими, может происходить обмен теплотой, веществом и если система полностью описывается термодинамическими понятиями.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые, закрытые и изолированные.

Каждое состояние системы характеризуется определенным набором значений термодинамических параметров (параметров состояния, функций состояния).

Основными параметрами состояния являются такие параметры, которые можно непосредственно измерить (температура, давление, плотность, масса и т. д.).

Параметры состояния, которые не поддаются непосредственному измерению и зависят от основных параметров, называются функциями состояния (внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, термодинамические потенциалы).

Изменение величины хотя бы только одного термодинамического параметра приводит к изменению состояния системы в целом. Термодинамическое состояние системы называют равновесным, если оно характеризуется постоянством термодинамических параметров во всех точках системы и не изменяется самопроизвольно (без затраты работы).

В химической термодинамике свойства системы рассматриваются в ее равновесных состояниях.

Если процессы перехода системы происходят при постоянстве каких-то параметров системы, то они называются:

1) изобарные (р = const);

2) изохорные (V= const);

3) изотермические (Т = const);

4) адиабатные (Q = 0);

5) изобарно-изотермические (р = const, Т=const);

6) изохорно-изотермические (V= const, T= const).

Для достижения химического равновесия при протекании обратимых реакций требуется определенный период времени, зависящей от природы веществ, составляющих реакционную систему. Для характеристики используется величина - скорость химической реакции.

Скорость реакции - это величина, показывающая как изменяется концентрация одного из веществ в единицу времени.

Чтобы ускорить достижение состояния равновесия, требуется увеличить скорость реакции. Основными способами увеличения скорости реакции является повышение температуры, изменение концентрации, введение катализатора.

1.Влияние температуры. Химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов, жидкие растворы), осуществляется за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией - активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно, химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах

Возрастание химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах скорости реакции при нагревании в первом приближении подчиняется следующему правилу: при повышении температуры на 10 0С скорость химической реакции возрастает в два - четыре раза.

2.Влияние катализатора. Катализаторы - это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождается в конце реакции.

Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом.По агрегатному состоянию, в котором находятся катализатор и реагирующие вещества, следует различать:

гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь;

гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).

3.Влияние концентрации реагирующих веществ.При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.