Зависимость скорости реакции от концентрации

Химические реакции бывают простыми и сложными. Простыми (элементарными) называют реакции, протекающие в одну стадию. Сложными называют реакции, протекающие в несколько стадий.

Число частиц, участвующих в простой реакции или в отдельной стадии сложной реакции, называется молекулярностью. Простые реакции могут быть мономолекулярными, бимолекулярными и тримолекулярными. Если при бимолекулярной реакции концентрация одного из исходных реагентов значительно больше концентрации другого вещества, то в течение реакции концентрация вещества, взятого в избытке, остаётся практически неизменной. Подобные реакции называют псевдомономолекулярными.

Уравнение, связывающее скорость реакции с концентрациями реагирующих веществ, называется кинетическим.

Для простых реакций зависимость скорости от концентрации реагентов выражается законом действия масс: скорость реакции пропорциональна произведению молярных концентраций всех реагентов, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов.

Для простой реакции

aA+bB=cC+dD

кинетическое уравнение имеет вид:

v = kc, (86)

где с_А, с_В– концентрации веществ А и В в данный момент времени, моль/дм³;k– коэффициент пропорциональности.

Сумма (a+b) равна молекулярности. Коэффициент пропорциональностиkназывается константой скорости химической реакции. Константа скорости представляет собой скорость реакции, когда концентрации всех исходных реагентов равны 1моль/дм³. Она не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Сложная реакция состоит из нескольких стадий, и её скорость определяется скоростью самой медленной стадии – лимитирующей. Для параллельно протекающих реакций скорость определяется по наиболее быстрой из них. Скорость сложной реакции

aA+bB=cC+dD

также зависит от концентраций А и В, но характер этой зависимости может быть определен только опытным путём. Кинетическое уравнение для сложной реакции имеет вид:

v =kc. (87)

Величины l иmназывают частными порядками реакции по веществам А и В, а суммаn = l + m – общий порядок реакции.

Порядок реакции – это сумма показателей степеней при концентрациях в кинетическом уравнении реакции.

Порядок сложной реакции может быть величиной как целой, так и дробной (0 ≤ n ≤ 3) и может быть найден только экспериментальным путём. Для простых реакций порядок совпадает с молекулярностью и может быть только целой величиной.

Реакции нулевого порядка

В общем виде кинетическое уравнение реакции нулевого порядка выглядит следующим образом:

или –dc = k·dτ.

Скорость реакции постоянна и не зависит от концентрации реагирующих веществ. После интегрирования получаем:

• c = k·τ + B,

где В – постоянная интегрирования.

При τ = 0 В = - с₀. Тогда

с = с₀-k·τ

k = , (88)

где с₀, с – начальная концентрация исходного вещества и концентрация в момент времениτ от начала реакции.

Константу скорости реакции нулевого порядка измеряют в моль/дм³·время.

Если с = с₀/2, тоτ = τ_1/2. тогда

k =

или

, (89)

где τ_1/2 - период полупревращения.

Период полупревращения – это время, в течение которого в реакцию вступит половина исходного количества вещества.

Для реакции нулевого порядка период полупревращения возрастает с увеличением начальной концентрации реагентов. Реакциями нулевого порядка, как правило, являются гетерогенные реакции, происходящие на поверхности.