Химическая кинетика
-
История химической кинетики
- Людвиг Вильгельми в 1850 году начал изучать скорость химических реакций.
- Вильгельм Оствальд и Петер Вааге в 1864 году опубликовали закон действия масс.
- Ван’т Хофф в 1884 году опубликовал «Этюды о динамической химии».
- В 1901 году Ван’т Хофф получил Нобелевскую премию за вклад в химическую динамику.
-
Основные законы и константы
- Законы скорости существуют для реакций нулевого, первого и второго порядка.
- Элементарные реакции подчиняются закону массового действия.
- Энергия активации определяется уравнением Аррениуса и уравнением Айринга.
-
Факторы, влияющие на скорость реакции
- Природа реагентов: кислотно-щелочные реакции и ионный обмен быстрые, ковалентные связи медленные.
- Физическое состояние: твердые реагенты реагируют быстрее, чем жидкие или газообразные.
- Площадь поверхности твердого тела: дробление увеличивает скорость реакции.
- Сосредоточенность: увеличение концентраций ускоряет реакцию.
- Температура: высокая температура увеличивает скорость реакции, но не так сильно, как кажется.
- Катализаторы: увеличивают скорость реакции, но не влияют на равновесие.
- Давление: увеличивает число столкновений и скорость реакции.
-
Экзотермические и эндотермические реакции
- Реакции протекают быстрее, чем теплопередача
- Реагирующие молекулы распределяются по энергии нетепловым образом
- Повышение давления увеличивает скорость теплопередачи
-
Влияние давления на кинетику реакций
- Давление влияет на коэффициенты скорости конденсации
- Эффект изучается с помощью алмазных наковален
- Метод скачка давления используется для изучения кинетики реакций
-
Поглощение света и фотохимия
- Энергия активации реакции может быть получена при поглощении света
- Фотохимия изучает реакции, инициируемые светом
-
Экспериментальные методы
- Измерение концентраций реагентов и продуктов с течением времени
- Спектрофотометрия используется для измерения концентраций
- Для быстрых реакций используются методы с остановленным потоком и химической релаксации
-
Равновесие и свободная энергия
- Химическое равновесие достигается при равенстве скоростей прямой и обратной реакций
- Изменение свободной энергии определяет, произойдет ли реакция
- Принцип Куртина-Хэмметта применяется для определения соотношения продуктов
-
Кинетический изотопный эффект
- Разница в скорости реакции при замене атома изотопом
- Информация о времени пребывания и теплопередаче в химических реакторах
-
Приложения и модели
- Математические модели описывают химические процессы
- Модели используются для оптимизации химических реакторов
- Численные методы применяются для решения дифференциальных уравнений
-
Численные методы и программное обеспечение
- Методы Эйлера и Рунге-Кутты используются для решения дифференциальных уравнений
- Примеры программного обеспечения: Tenua, Python, Kintecus
-
Стохастические методы
- Вероятности выполнения законов дифференциальной скорости и кинетических констант
- Вероятностные вычисления используются для определения направления реакции
-
Дополнительные темы
- Автокаталитические реакции и создание порядка
- Разработка методов борьбы с коррозией
- Детонация и электрохимическая кинетика
- Скорость пламени и гетерогенный катализ
- Собственное низкоразмерное многообразие и пакет MLAB
- Нетепловая поверхностная реакция и набор инструментов PottersWheel Matlab
- Кинетический анализ хода реакции