Влияние катализаторов на скорость реакции

Катализатор – это вещество, не расходующееся в процессе протекания реакции, но влияющее на ее скорость.

Явление изменения скорости реакции под действием таких веществ называется катализом. Обычно катализаторами называют вещества, увеличивающие скорость реакции, а ингибиторами – вещества, замедляющие протекание реакции. В большинстве случаев действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации реакции.

Химическое равновесие

Среди множества химических реакций выделяют необратимые и обратимые реакции.

Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных веществ в конечные продукты, называются необратимыми.

Условием необратимости химической реакции служит: выпадение осадка, выделение газа, образование малодиссоциируемого вещества и выделение большого количества энергии. В уравнениях необратимых реакций между левой и правой частями ставится знак равенства или стрелка.

Обратимыми называются такие реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях.

В уравнениях обратимых реакций ставят две стрелки, направленные в противоположные стороны.

Обратимые реакции не доходят до конца и заканчиваются установлением химического равновесия. Химическое равновесие можно определить как состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости прямой и обратной реакции равны между собой (υ_пр= υ_обр).

В состоянии равновесия прямая и обратная реакции не превращаются, поэтому такое равновесие называется подвижным или динамическим равновесием.

Концентрация реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными.

Химическое равновесие характеризуется константой равновесия (К_р) – отношением констант скоростей прямой и обратной. Например, для гомогенной системы СО (г) + Н₂О (г) ↔ СО₂ (г) + Н₂ (г) константа равновесия запишется следующим образом:

Приведённое математическое выражение называется законом действия масс для обратимой химической реакции.

Переход реакционной системы от одного состояния равновесия к другому называется смещением (или сдвигом) химического равновесия. На смещение химического равновесия оказывают влияние концентрация реагирующих веществ, температура, а для газообразных веществ – и давление. Направление смещения химического равновесия под действием данных факторов определяется общим положением, известным под названием принципа подвижного равновесия или принципа Ле Шателье –Брауна: если на систему, находящуюся в равновесии, производится какое –либо внешнее воздействие, то оно благоприятствует протеканию той реакции, которая ослабляет воздействие.

Принцип Ле Шателье – Брауна на примере реакции взаимодействия хлороводорода с кислородом

4НСI (г) + О₂ (г) ↔ 2СI₂ (г) + 2Н₂О (г), ∆Н⁰=116,4 кДж.

1) Увеличение концентрации реагирующих веществ будет смещать равновесие в сторону расхода этих веществ, т.е. вправо. Уменьшение концентрации реагирующих веществ – в сторону их образования, т.е. влево.

2) Поскольку прямая реакция экзотермическая, то повышение температуры будет способствовать протеканию процесса поглощения температуры, т.е. равновесие сместится влево. Поглощение температуры сместит равновесие в сторону прямой реакции.

3) Влияние давления на равновесие возможно только в газообразных системах, идущих с изменением количества молей газообразных веществ. Повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к меньшему количеству вещества, т.е. вправо. Уменьшение давления – влево.

Катализаторы не влияют на смещение химического равновесия в системе, т.к. в одинаковой степени изменяют скорость прямой и обратной реакции.

 

Вопросы для самоконтроля

1.Что называется скоростью химической реакции в гомогенной и гетерогенной системе. Какова размерность скорости химической реакции.

2. Сформулируйте основной закон химической кинетики – закон действующих масс.

3. Какие факторы влияют на скорость химической реакции? В чём заключается различие кинетики в гомогенных и гетерогенных химических реакциях?

4. Что такое энергия активации реакции?

5. В чём состоит различие между обратимыми и необратимыми химическими реакциями?

6.Что называется состоянием химического равновесия и почему оно называется динамическим?

7. Как формулируется правило Ле Шателье – Брауна?

8. Как влияют катализаторы на химическое равновесие системы?

9. Каковы основные представления теории активных столкновений?

10. Какие факторы влияют на химическое равновесие?