2.2.2.Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ
Рассмотрим элементарную химическую реакцию A2 + B2 2 АВ, которая протекает только за счет энергии теплового движения молекул. Молекулы реагирующих веществ А2 и В2 равномерно распределены по реакционному объему и находятся в постоянном хаотическом движении.
Скорость химической реакции – число элементарных актов в единицу времени – будет определяться вероятностью совместного осуществления двух независимых событий. Во-первых, вероятностью встречи молекул A2 и B2 в единицу времени, т. е. частотой их столкновений (с), и, во-вторых, вероятностью перестройки их электронных оболочек с образованием двух молекул AB (в). Из теории вероятности известно, что вероятность совмещения двух событий равна произведению вероятности каждого события. Тогда v св.
Вероятность встречи молекул A2 и B2 в единицу времени (с) в свою очередь определяется вероятностью одновременного нахождения обеих частиц в некотором элементарном объеме. Вероятность попадания в этот объем одной молекулы каждого вещества пропорциональна их числу в единице объема (молярная концентрация вещества), поэтому вероятность столкновения молекул A2 и B2 в единицу времени будет пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ (с) ~ СА2СВ2. Соответственно, если в элементарном акте принимают участие три частицы, то вероятность их встречи будет пропорциональна произведению трех сомножителей. В общем виде вероятность встречи будет пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
Не каждая встреча (столкновение) молекул A2 и B2 приведет к образованию двух молекул AB. Вероятность перестройки электронных оболочек встретившихся частиц с образованием новых молекул (в) будет зависеть от их природы и кинетической энергии. Для химической реакции, протекающей при постоянной температуре, как правило, она будет величиной постоянной и представляет собой константу скорости (k) химической реакции. Она не зависит от концентрации и времени, а определяется температурой и типом реагирующих веществ. Получаем, что скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ: v = kcA2cB2.
Необходимо отметить, что приведенные выше рассуждения справедливы, если протекание реакции не нарушает теплового равновесия в системе (выполняется закон распределения Максвелла-Больцмана (Maxwell-Boltzmann)) и если изменение концентрации реагирующих веществ не изменяет свойств среды.
Таким образом, скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Это положение было сформулировано Гульдбергом (Guldberg) и Вааге (Waage) и получило название закона действующих масс.
Примечание. Константа скорости химической реакции формально равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ. Поэтому размерность ее величины будет зависеть от значений стехиометрических коэффициентов и способа выражения концентраций реагирующих веществ.
Для обратимой элементарной химической реакции AA + BB DD закон действующих масс для прямой и обратной реакций запишется в форме
, 
,
i – стехиометрические коэффициенты в уравнении элементарной реакции.