Химия (стр. 10 )

Исходные концентрации А и В – это суммы оставшихся и прореагировавших количеств:

	3 A	+	B		2 C	+	D
Взято, моль/л	0,042		0,014		0		0
К моменту равно-весия прореагиро-вало, моль/л	0,012		0,004
Образовалось, моль/л					0,008		0,004
Осталось, моль/л	0,030		0,010

Таким образом, исходная концентрация вещества А – 0,042 моль/л; исходная концентрация вещества В – 0,014 моль/л.

Пример 21. Какие факторы (давление, температура, катализатор) влияют на смещение равновесия в реакции: СО2(г) + С(тв) 2СО +∆Н в сторону образования СО? Ответ мотивируйте.

Решение. Рассмотрим по очереди все факторы:

1.Давление. В правой и в левой части уравнения реакции есть газы. Однако V(CO2) = 2V(CO), поэтому по принципу Ле Шателье равновесие сместится в сторону уменьшения давления системы, т. е. влево. Чтобы сместить равновесие вправо, давление следует понизить.

2.Температура. Реакция идет с поглощением тепла. Следовательно, увеличение температуры смещает равновесие вправо.

3.Катализатор во всех случаях ускоряет наступление равновесия, но само равновесие не смещается.

АДСОРБЦИЯ

Адсорбция – это поглощение одного вещества поверхностью другого.

Абсорбция – это поглощение одного вещества в объеме другого.

Нескомпенсированность сил притяжения и отталкивания молекул вещества на поверхности приводит к возникновению поверхностного натяжения и способности к адсорбции молекул из окружающей среды:

 

По типу взаимодействия молекул поверхности (адсорбента) и молекул окружающей среды (адсорбата) адсорбцию делят на:

1.  физическую (связана только с межмолекулярным взаимодействием. Такая адсорбция обратима и всегда сопровождается десорбцией);

2.  химическую (сопровождается протеканием на поверхности химической реакции, например, возникновение оксидной пленки на поверхности металлов. Такая адсорбция необратима).

Адсорбция зависит от температуры (уменьшается при нагревании) и от давления (увеличивается при увеличении давления в случае адсорбции из газовой фазы).

Зависимость величины адсорбции от концентрации адсорбата (или давления) при постоянной температуре называется изотермой адсорбции:

Г = f(P)T = Const или Г = f(С)T = Const

Согласно теории Лэнгмюра, адсорбция происходит только в места максимального действия сил притяжения (активные места). Если все активные места поверхности заняты, то адсорбция не происходит. Если считать, что Г – адсорбция в данный момент времени, а Гmax – максимально возможная адсорбция (все активные места адсорбента заняты адсорбатом), то

Г / Гmax = q (степень заполнения поверхности);

1 – q - доля свободной поверхности, способной к адсорбции.

Скорость адсорбции пропорциональна концентрации адсорбата в окружающей среде и количеству свободных мест на поверхности адсорбента (доле свободных мест), а скорость десорбции пропорциональна числу занятых мест на поверхности адсорбента: v(адс.) = k(адс.)×( 1 – q) [адсорбат]

v(дес.) = k(дес.)× q.

При достижении равновесия v(адс.) = v(дес.);

k(адс.)×( 1 – q) [адсорбат] = k(дес.)× q;

k(дес.)/ k(адс.) = q / ( 1 – q) [адсорбат] = К.

Тогда Г = Гmax× K× [адсорбат] / 1 + K× [адсорбат]

В начальный момент адсорбции концентрация адсорбата на поверхности адсорбента мала, то есть 1 >> K× [адсорбат], знаменатель выражения близок к единице, Г = Гmax× K× [адсорбат], то есть адсорбция линейно зависит от концентрации адсорбата (линия 1 на графике).

После того, как все активные места адсорбции заняты, концентрация адсорбата велика, 1 << K× [адсорбат], знаменатель можно принять за K× [адсорбат], то есть Г = Гmax (адсорбция постоянна и не зависит от концентрации адсорбата, что отражается линией 2, параллельной оси абцисс). В промежутке зависимость Г от концентрации адсорбата нелинейна, что отражается изотермой адсорбции:

Г

2

 

1

[адсорбат]

ПОНЯТИЕ КАТАЛИЗА

Процесс изменения скорости химической реакции за счет введения в реакционную систему веществ, не входящих в состав продуктов реакции, называется катализом. Различают положительный и отрицательный катализ, то есть ускоряющий или замедляющий скорость данной реакции. Катализаторами называют вещества, увеличивающие скорость реакции и остающиеся после реакции в неизменном виде. Вещества, замедляющие скорость реакции называются ингибиторами.

Реакции, в которых один из продуктов является катализатором данного процесса, называются автокаталитическими.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ. В случае гомогенного катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе. Примером может служить окисление газообразного оксида серы (IV) до оксида серы (VI) с участием катализатора - оксида азота (IV) - тоже газа. Явление гомогенного катализа объясняется теорией образования промежуточных соединений, согласно которой в присутствии катализатора реакция протекает с его участием в несколько стадий. Схематично это может быть выражено так: А + В = АВ (реакция без катализатора идет медленно).

В присутствии катализатора К :

1-ая стадия А + К = АК (быстро, АК - промежуточное соединение)

2-ая стадия АК + В = АВ + К (катализатор К после реакции остается в химически неизменном виде).

Главной причиной ускоряющего действия гомогенных катализаторов является снижение энергии активации, необходимой для протекания реакции.

В гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в различных фазах (как правило, катализатором является твердое вещество, на поверхности которого происходит ускорение реакции). Примером может служить реакция окисления оксида серы (IV) кислородом на поверхности платины. Механизм гетерогенного катализа заключается в адсорбции реагирующих веществ на поверхности катализатора (активных местах). Увеличение поверхностной концентрации приводит к увеличению скорости реакции. Продукты реакции десорбируются с поверхности катализатора.

Скорость гетерогенного катализа, как и скорость адсорбции, будет определяться числом активных мест на поверхности катализатора, а графическая зависимость аналогична изотерме адсорбции.

Гетерогенный катализатор всегда более активный, чем гомогенный катализатор (в большей степени увеличивает скорость реакции).

Биологический (ферментативный) катализ – это катализ биохимических реакций с помощью биокатализаторов – ферментов.

Особенности ферментативного катализа:

1.  Высокая каталитическая активность ферментов (в сотни раз активнее неорганических катализаторов).

2.  Биокатализаторы в отличие от неорганических катализаторов имеют высокую специфичность (один фермент, как правило, катализирует одну биохимическую реакцию).

3.  Необходимость создания специальных условий (даже небольшое изменение рН и температуры приводит к изменению каталитических свойств ферментов).

РАСТВОРЫ

Растворы - это однородные (гомогенные) системы переменного состава.

Растворы состоят по меньшей мере из двух компонентов – растворителя и растворенного вещества. За растворитель принимают обычно то вещество, которое сохраняет свое агрегатное состояние в процессе образования растворов или то, которое находится в избытке.

Количество (масса) растворенного вещества в единице массы или объема раствора называют концентрацией раствора.