8.3. Исходные, конечные и промежуточные вещества

Вещества, вступающие в процесс химического превращения, называются исходными. Вещества, образующиеся в процессе химического превращения и не претерпевающие в ходе этого процесса дальнейших химических изменений, называются продуктами реакции. Вещества, образующиеся в одних стадиях процесса химического превращения и расходующиеся в других стадиях этого же процесса, называют промежуточными веществами.

8.4. Глубина превращения реакции

Глубина характеризует степень превращения исходных веществ в конечные продукты реакции. Проведенные измерения привели химиков к убеждению, что, во-первых, все мыслимые реакции в какой-то степени происходят, и, во-вторых, не существует реакций, идущих полностью до конца. Однако часто удобнее говорить, что одни реакции совсем не идут, другие идут в ограниченной степени, а третьи потребляют исходные вещества полностью.

8.5. Гомогенные и гетерогенные реакции

Химическая реакция, протекающая в пределах одной фазы, называется гомогенной.

Химическая реакция, протекающая на границах раздела фаз, называется гетерогенной.

Примером гомогенной может служить любая реакция в растворе. Примером гетерогенной может служить любая из реакций, идущих на поверхности твердого катализатора (гетерогенная каталитическая реакция).

8.6. Скорость химической реакции

Важнейшей количественной характеристикой процесса химического превращения является скорость процесса. Понятие скорости характеризует количество вещества, вступающего в реакцию в единицу времени. Это определение, однако, не совсем однозначно, так как в реакции принимают участие несколько веществ в качестве исходных, промежуточных и в качестве продуктов реакции. Поэтому строго можно говорить не о скорости химического процесса вообще, а о скорости по некоторому компоненту. Изменение количества этого компонента принято выражать в числе молей n. Таким образом, для гомофазного химического процесса, идущего при постоянном объеме, скоростью процесса по некоторому веществу называется изменение концентрации этого вещества в единицу времени. Пусть концентрация одного из реагирующих веществ в момент времениt₁равнаС₁, а в момент времениt₂равнаС₂. Тогда средняя скорость реакции (V) за промежуток времениt₂ – t₁равна

. (8.1)

Поскольку концентрация вещества (исходного) в процессе реакции убывает, то C₂C₁и разностьC₂ – C₁имеет отрицательный знак, т.е.C₂ – C₁= -С. Отсюда средняя скорость

. (8.2)

Переходя к бесконечно малым изменениям, можно отношение -заменить на -. В результате производная от концентрации по времени характеризует мгновенную (истинную) скорость химической реакции:

. (8.3)

Скорость химической реакции всегда является величиной положительной, отношение же dC/dtможет иметь и положительное, и отрицательное значение в зависимости от того, представляетСконцентрацию одного из исходных веществ или одного из продуктов реакции. В первом случаеdC/dt0, но так как скорость должна быть положительной, перед производной ставят минус; во втором случаеdС/dt0, и чтобы скорость реакции имела положительное значение, берут производную со знаком плюс. В общем случае кинетическое уравнение имеет вид

. (8.4)

Однако необходимо учитывать, что измеренные по разным веществам скорости не равны, а пропорциональны одна другой. Например, в реакции синтеза аммиака

N₂+ 3H₂2HN₃

на каждый исчезающий моль N₂расходуется 3 моля H₂и образуется 2 моля аммиака. Соответствующие скорости реакции соотносятся как 1: 3: 2.

Скорость реакции имеет размерность [концентр] [время]^-1. В химической кинетике концентрацию чаще всего выражают в моль/л, а время – в секундах. Отсюда скорость химической реакции выражается в мольл^-1с^-1.