Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Теория активных столкновенийСодержание книги
Поиск на нашем сайте
В теории активных столкновений считается, что акт превращения начальных веществ в конечные продукты совершается в момент столкновения активных молекул и протекает мгновенно. При этом молекулы рассматриваются как бесструктурные частицы, хотя в действительности химические реакции происходят путем постепенной перестройки молекул и перераспределения энергии между химическими связями. Чтобы произошла реакция, частицы в момент столкновения должны: – обладать некоторым минимальным избытком энергии, называемым энергией активации (Е); – должны быть правильно ориентированы в пространстве относительно друг друга. Рассмотрим кинетику бимолекулярной реакции в газовой фазе. Согласно молекулярно-кинетической теории газов полное число столкновений Z 12 за 1 сек в 1м3, если в системе реагируют молекулы двух разных видов, рассчитывается по уравнению: (молекул/см3∙с), (4.194) где n 1, n 2 – число молекул в 1 единице объема (см3); – эффективное сечение столкновения (); d 12 =1/2 (d 1 + d 2) – эффективный диаметр столкновений; , – молекулярные массы реагирующих молекул, г/моль; R 1=8,314∙107 эрг/(моль·К); размерность выражения: = . Если между молекулами газа нет взаимодействия и молекулы считаются сферами, то сечение столкновения можно рассчитать через радиусы молекул: = (4.195) Притяжение между молекулами увеличивает сечение столкновения: , а отталкивание – уменьшает его: . Оценка эффективного диаметра стокновения возможна по вязкости газов или плотности жидкостей и твердых тел. 1. По вязкости газов: , (4.196) где – вязкость газа, г/см·с; М – молекулярная масса, г/моль; Т – абсолютная температура, К. 2. По значениям мольных объемов жидкостей или твердых веществ: . (4.197) 3. В некоторых случаях эффективный диаметр столкновения можно оценить приближенно, используя соотношение: (4.198) Число двойных столкновений между молекулами одного сорта равно: (молекул/см3∙с). (4.199) Число столкновений при n A= n B =1 называют частотой столкновений z 0: [1]. (4.200) Так как , то размерность частоты стокновений – см3/ (молекул ∙с). Эта величина равна вероятности столкновения двух частиц в единицу времени в единице объема. Число столкновений активных молекул Zа, рассчитанное на основе закона распределения Максвелла-Больцмана, определяется соотношением: (молекул/см3∙с), (4.201)
где Z 12 - полное число столкновений, Е * - истинная энергия активации реакции. Отношение (4.202) представляет собой долю активных столкновений из общего числа столкновений молекул. Так как для бимолекулярной реакции с участием молекул двух разных видов каждое столкновения активных молекул должно приводить к исчезновению одной молекулы данного вида, то скорость реакции можно рассчитать исходя из числа активных столкновений: или . (4.203) Подстановка уравнений (4.199) и (4.202) в (4.203) позволяет получить выражения для скорости бимолекулярной реакции на основе модели активных столкновений: а) для молекул разного вида ; (4.204) б) для молекул одного вида . (4.205) С другой стороны, согласно основному постулату химической кинетики, скорость реакции выражается уравнением: , (4.206) где n 1, n 2 – концентрации газов выраженные через число частиц в 1 см3. Для взаимодействия одинаковых и неодинаковых молекул константа скорости равна: см3/ молекул ∙с. (4.207) Константа скорости по теории активных столкновений может иметь разную размерность. Формулы пересчета констант: k [ ] = k∙NA [ ] = k∙ 10-3[ ] = k∙ 10-3 ∙NA [ ] = = k ∙6∙10-2 ∙NA [ ]. С учетом выражения для частоты столкновения (4.200) вместо (4.207) можно записать формулы для расчета константы скорости: а) для молекул разного вида см3/моль×с; (4.208) б) для молекул одного вида см3/моль×с, (4.208а) Уравнения (4.208) и (4.208а), где константа скорости рассчитана через число двойных соударений, называют уравнением Таутца – Льюиса. Оно применимо к бимолекулярным реакциям, как в растворе, так и в газовой фазе. Теория активных столкновений может быть применена для оценки величин констант скоростей мономолекулярных реакций. В этих реакциях, приобретение молекулами избыточной энергии также происходит через бимолекулярные столкновения. Поэтому выражение для скорости реакции будет иметь тот же вид, что и для скорости бимолекулярной реакции с участием одинаковых молекул: молекул/см3×с. (4.209) Согласно основному постулату химической кинетики скорость мономолекулярной реакции равна: . Тогда, выражение для константы скорости мономолекулярной реакции, рассчитанное с использованием теории активных столкновений будет иметь вид: с-1. (4.209а) - число молекул в единице объема рассчитывается по формуле: . В этих уравнениях NА = 6,022·1023 моль-1– число Авогадро; р – парциальное давление. Если давление выражено в атм, то R 3 = 82 см3∙атм /моль×К, если давление выражено в Па, то R 3 = 82·1,013×105 см3∙Па /моль×К. Сравнение скоростей реакций, рассчитанных по опытным данным, показывает, что в большинстве случаев . Для согласования опытных и расчетных данных Дж. Христиансен (1924 г.) ввел поправочный множитель, названный стерическим фактором Р. Первоначально предполагали, что стерический фактор связан с необходимой ориентацией сталкивающихся молекул и характеризует вероятность определенной геометрической конфигурации частиц при столкновении. В дальнейшем было установлено, что существует еще ряд причин, по которым . С учетом стерического фактора выражение для константы скорости на основе модели активных столкновений имеет вид: см3/ молекул ∙с. (4.210)
Сравнивая уравнения (4.208) и (4.209) с уравнением Аррениуса (4.65) получим уравнение для расчета предэкспоненциального множителя по теории активных столкновений: а) для молекул разного вида см3/моль×с; (4.211) б) для молекул одного вида
см3/моль×с, (4.212) в) для мономолекулярных реакций с-1. (4.212а) Из сравнения уравнения Аррениуса (4.65) с уравнением Траутца-Льюиса следует, что в уравнении Аррениуса предэкспоненциальный множитель не зависит от температуры, а в уравнении Траутца-Льюиса - пропорционален . Из этого следует, что величина истинной энергии активации Е * по физическому смыслу полностью аналогична аррениусовской энергии активации , но по численному значению отличается от неё. Сравнивая эти уравнения легко показать, что опытная энергия активации связана с теоретической () уравнением . (4.213) Теория активных столкновений, вводя понятие о стерическом факторе Р, не дает способов расчета этого параметра. Оценку значения Р обычно проводят путем сравнения значений констант скоростей реакций, рассчитанных по уравнению Аррениуса (4.65) - и по уравнениям теории активных столкновений (4.208) и (4.209) - . (4.214) Стерический фактор можно также рассчитать по уравнению , (4.215) где – предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-10; просмотров: 417; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.147.68.39 (0.008 с.) |