4.3 Раздел: Химическая кинетика. Химическое равновесие

Скоростью химической реакции называют изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Δ c

Ư = ± ------ , где Ư – скорость реакции, г/моль· сек.;

Δ t Δ c – изменение молярной концентрации, моль/л

Δ t - интервал времени, сек.

Наука, изучающая скорость химической реакции и факторы, влияющие на неё называется кинетика.

Скорость химической реакции зависит от

1. природы реагирующих веществ;

2. концентрации реагирующих веществ;

3. температуры;

4. катализатора;

5. давления (только для реакций с участием газов) и других условий протекания процесса.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химичской реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам при формулах этих веществ в уравнении реакции.

Эту зависимость для реакции, протекающей по схеме аА + bВ = сС + dD, где

А,В,С, D – вступающие в реакцию и образующиеся вещества.

а,с,b,d – коэффициенты, показывающие в каких молярных количествах вступают во взаимодействие и образуются вещества.

можно выразить уравнением Ư = k · [А]^а · [В]^b, где

Ư – скорость реакции, моль/л · сек.

k – константа скорости;

[А] и [В] – молярные концентрации реагирующих веществ, моль/л.

Константа скорости химической реакции не зависит от концентрации реагирующих веществ, а определяется природой реагирующих веществ и условием протекания реакции (t⁰, каt, Р).

Для конкретной реакции, протекающей при данных условиях, константа скорости есть величина постоянная.

Системой в химии называют вещество или вещества, находящиеся во взаимодействии и мысленно обособленные от окружающей среды.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) системы. В гомогенной системе нет поверхности раздела между отдельными составными частями. Система, состоящая из газообразных или неограниченно смешивающихся жидких веществ, является гомогенной. В гетерогенной системе имеются поверхности раздела между отдельными ее частями. Так, гетерогенной будет система, включающая одновременно твердые и жидкие или твердые и газообразные вещества.

Закон действия масс строго применим только к гомогенным системам.

П р и м е р 1. Реакция в гомогенной системе 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О,

V = k [Н₂]² [О₂],

 

При написании выражения скорости химической реакции в гетерогенной (неоднородной) системе учитываются концентрации только газообразных веществ, а также площадь поверхности раздела между фазами.

Например, для реакции С_тв + Н₂О_г→ СО_г + Н_{2 г} закон действующих масс имеет следующий вид Ư = k · Сн₂о · S, где k - константа скорости реакции; Сн₂о – концентрация водяного пара; S - площадь поверхности раздела между фазами.

П р и м е р 2. Реакция в гетерогенной системе

СаО_(ТВ) + СО_2(г) = СаСО_3(ТВ)

V = k [СО₂].

Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа, согласно которому скорость большинства химических реакций при повышении температуры на каждые 10⁰С возрастает в 2-4 раза.

Математически правило Вант-Гоффа выражают следующей формулой :

Ư t₂ ⁰ τ₁ t_2-- t₁

------ = ---- = γ ¹⁰ , где

Ư t₁ ⁰ τ₂

Ư t₂⁰ и Ư t₁⁰ – скорости химических реакций при температурах t₂ и t₁ соответственно, моль/л · сек.;

τ₁ и τ₂ – время протекания реакции при температуре t₁ и t₂ соответственно;

γ – температурный коэффициент, показывающий во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10⁰С.

П р и м е р. Вычислите, во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры с 20^о до 40^о. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.

Р е ш е н и е.

V₄₀^о = V₂₀^о x 3 ^{(40-20) / 10} = V₂₀^о x 3 ² = 9V₂₀^о