Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

Скорость химической реакций зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации, температуры, присутствия катализатора, давления, а также от степени измельчения веществ, облучения, среды, в которой протекает реакция и т.д. Рассмотрим зависимость скорости реакции от некоторых важ­нейших факторов.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс, сформулированным в 1867 году норвежскими учеными Гульбергом и Вааге:

Скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Закон действия масса может быть выражен кинетичес­ким уравнением,

Тай, для реакции

кинетическое уравнение имеет вид:

где – скорость реакции;

К – коэффициент пропорциональности;

– концентрация веществ А, В, С;

– показатель степеней, в которые необходимо возвести концентрации веществ.

В кинетическом уравнении вместо концентраций реагирующих веществ можно использовать величины, от них зависящие. Так, если в реакции участвует газообразное вещество, то вместо кон­центрации газообразного вещества ставится его парциальное дав­ление. Например, вещество А из трех реагирующих веществ А, В, С является газом, тогда кинетическое уравнение может быть записано

Коэффициент пропорциональности ( К ) называют константой скорости.

Если концентрации каждого из реагирующих веществ равны единице

то

т.е. константа скорости химической реакции численно равна ско­рости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной единице.

Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ и температуры и не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Показатели степеней ( ), в которые возводят­ся концентрации веществ, называются частными порядками реакции по соответствующему веществу. Например, по веществу А указанная реакция порядка, а по веществу В реакция порядка, к т.д. Сумму частных порядков ( ) называют общим порядком реакции.

Порядки реакций определяют экспериментально при изучении механизма реакций путем исследования зависимости скорости реак­ции от концентрации каждого из реагирующих веществ.

Под механизмом реакции понимают совокупность элементарных стадий (реакционных актов), которые имеют место в ходе протека­ния реакции. Совокупность элементарных стадий представляет собой цепь превращений, в результате которых из исходных веществ образуются продукты реакции.

В элементарной стадии могут принимать участие различные реакционные частицы: молекулы, атомы, ионы, свободные радикала и др. В ходе элементарной стадии реакционные частицы одного ви­да превращаются в другие.

Число реакционных частиц одновременно взаимодействующих в одной элементарной стадии, называют молекулярностью стадии. Если участвует одна частица, то такую стадию на­зывают мономолекулярной, две – бимолекулярной, три – тримолекулярной. Стадии с более высокой молекулярностью практически не существуют.

Если реакция протекает в одну стадию, то общий порядок реак­ции определяется её молекулярностью, а частичные порядки равны стехиометрическим коэффициентам. Так, бимолекулярная реакция

является реакцией первого порядка по водороду и первого поряд­ка по йоду, а общий порядок равен двум. Кинетическое уравнение в этой реакции имеет вид

Если реакция протекает в несколько стадий, то закон действия масс применим к каждой стадии в отдельности и не применим к реакции в целом. Общий порядок такой реакции определяется молекулярностью самой медленной стадий. Например, реакция разло­жения оксида азота (V) протекает в две стадии;

Скорость реакции определяется первой медленной стадией, и по­рядок реакции равен её молекулярности. Поэтому реакция в це­лом является реакцией первого порядка, а кинетическое уравне­ние может быть записано

Реакция взаимодействия йодоводородной кислоты с перекисью водорода

также протекает в две стадии:

Скорость определяется первой стадией, т.е. эта реакция является реакцией первого порядка no HJ и первого порядка по . В целом реакция второго порядка и кинетическое уравнение имеет вид