Por qué los catalizadores pueden acelerar las velocidades de reacción, análisis desde la perspectiva de la cinética de reacción

La energía de activación de la reacción es una categoría de investigación cinética que se puede utilizar para calcular la relación entre la velocidad de reacción y la concentración de reactivos y catalizadores. El consumo de energía real es la categoría de la termodinámica, que puede calcular las circunstancias bajo las cuales puede ocurrir una reacción espontánea y el alcance de la reacción endotérmica o exotérmica. Es posible que no necesariamente ocurran reacciones espontáneas calculadas a partir de la termodinámica. Debido a que su velocidad de reacción puede ser muy lenta, como al mezclar hidrógeno y oxígeno, no puede reaccionar a temperatura ambiente sin un catalizador. Por lo tanto, se requieren cálculos cinéticos de la energía de activación de la reacción y los factores de frecuencia para acelerar o desacelerar la reacción (por. cambiar la temperatura o el catalizador). La cinética química es una rama importante de la química física. El tema principal a discutir es explorar la velocidad y el mecanismo de todo el proceso de reacción química desde una perspectiva dinámica desde la fenomenología macroscópica hasta el nivel molecular microscópico, es decir, estudiar la velocidad. y mecanismo del proceso de reacción química. El impacto de diversos factores internos (estructura, propiedades, etc.) y factores externos (concentración, temperatura, catalizador, radiación, etc.) en la velocidad de reacción (incluidos los cambios de dirección) durante el proceso. y los posibles mecanismos que pueden explicar esta ley de velocidad de reacción, proporcionan una teoría para la optimización de acuerdo con los requisitos de producción y ciencia y tecnología. La cinética química y la termodinámica química son dos ramas importantes de la química física, cada una con diferentes contenidos de investigación. La tarea de la termodinámica química es discutir el cálculo de la conversión de energía en procesos químicos y resolver el problema de la dirección y los límites de una determinada reacción química en determinadas condiciones. Analiza las propiedades de equilibrio del sistema sin considerar factores de tiempo ni detalles del proceso. La cinética química estudia el tiempo necesario para completar un proceso de reacción química, las condiciones que influyen y los pasos específicos (mecanismo) para lograr este proceso. En una palabra, la termodinámica química sólo responde a la cuestión de la posibilidad de las reacciones químicas, mientras que la cinética química sólo responde a la cuestión de la realidad de las reacciones químicas. Fórmula de Arrhenius: k=A*e^(-Ea/RT) La diferencia entre la energía cinética más baja (o promedio) de las moléculas activadas y la energía cinética promedio de las moléculas se convierte en la energía de activación Ea. La energía de activación de las reacciones químicas generales está entre 42 y 420 kJ/mol. 1. Existe una relación exponencial entre la temperatura y la velocidad de reacción, es decir, la influencia es significativa. 2. Para reacciones químicas similares a A (factor preexponencial, con el que está relacionada la reacción), la energía de activación es relativamente pequeña y la la velocidad de reacción es relativamente grande; 3. Cuando la temperatura es constante, la activación Para reacciones con mayor energía de activación, la velocidad de reacción es menor cuando la temperatura cambia, para reacciones con mayor energía de activación, la velocidad de reacción cambia más; Cuando se aplica a la producción industrial, no sólo es necesario considerar cuánta energía se proporciona para la reacción (termodinámica), sino también la magnitud de la velocidad de reacción (cinética), de lo contrario la tasa de producción del producto será demasiado baja. Por ejemplo, la reacción de síntesis de amoníaco es una reacción exotérmica y reversible en la que el volumen total de gas se reduce. En la producción real, no basta con considerar cómo maximizar el contenido de NH3 en la mezcla en equilibrio (el movimiento del equilibrio químico). termodinámica); es necesario considerar el problema de producción por unidad de tiempo (problema de velocidad de reacción química, cinética). La termodinámica requiere baja temperatura y alta presión para permitir que se produzca la reacción, y la cinética puede considerar agregar un catalizador para acelerar la reacción. Sin embargo, la velocidad de reacción es demasiado baja a bajas temperaturas, por lo que la cinética requiere un aumento de temperatura apropiado, pero no demasiado alto, de lo contrario el rendimiento será bajo (el principio de la termodinámica), por lo que generalmente se controla a 500 grados. Se recomienda leer "Química Física"