Министерство образования и науки Российской Федерации
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Балаковский инженерно-технологический институт
Скорость химических реакций
Методические указания к выполнению лабораторной работы
по курсу «Химия» для студентов технических
специальностей и направлений,
по курсу «Общая и неорганическая химия» для студентов
направления ХМТН всех форм обучения
Б
алаково
2015
Цель работы: изучить влияние различных факторов на скорость химической реакций.
Основные понятия
Химические реакции, в зависимости от условий, протекают с различными скоростями. Количественно скорость химической реакции выражают значениями изменения концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Зависимость выражается уравнением:
dC
V= + ── , (1)
dt
где V – скорость реакции;
dC – изменение концентрации вещества,
dt - единица времени.
Необходимым условием химического взаимодействия веществ является столкновение их молекул, и потому скорость химического взаимодействия должна определяться числом столкновений молекул. Но не всякое столкновение является эффективным. Химическое взаимодействие может произойти только в том случае, когда сталкивающиеся молекулы обладают большей энергией по сравнению с другими. Вероятность столкновения зависит и от концентрации взаимодействующих веществ.
Изучение различных химических процессов показало, что скорость химических реакций определяется целым рядом факторов: природой реагирующих веществ, температурой, концентрацией, давлением, катализацией.
Влияние концентрации на скорость химической реакции
Зависимость между концентрацией реагирующих веществ и скоростью реакции выражается законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведённых в степени их стехиометрических коэффициентов. Этот закон был установлен опытным путём в 1867 году (К. Гульдберг и П. Вааге).
Математически закон действия масс справедлив для химической реакции вида: mA + nB = kC
и выражается уравнением
V = k [А]n [В]m , (2)
где V - скорость реакции;
[А] и [В] - молярные концентрации реагирующих веществ;
n и m – стехиометрические коэффициенты;
k – константа скорости реакции.
Когда концентрации веществ [А] и [В] равны единице, константа скорости k численно равна скорости химической реакции. Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ и температуры, но не зависит от концентрации реагирующих веществ. Наряду со скоростью константа скорости химического процесса является основной величиной в химической кинетике. Чем больше скорость процесса, тем больше константа скорости реакции. Соответственно константы скорости очень медленных химических реакций ничтожно малы. Для разных реакций эта величина может изменяться в широких значениях.
К химическому взаимодействию приводят лишь эффективные столкновения молекул, обладающих некоторым избытком энергии по сравнению со средней энергией молекул в рассматриваемой системе при данной температуре. Молекулы, несущие в себе эту избыточную энергию, называются активными, а сам избыток энергии – энергией активации. Энергия активации равна разности между наименьшим избыточным запасом энергии, необходимым для взаимодействия, и средней энергией молекул. Чем выше энергия активации, тем меньшее число молекул будет обладать этим избыточным запасом энергии и тем ниже будет скорость химической реакции.