Скорость реакций

Под скоростью химических реакций понимают изменение концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени, при неизменном объеме системы. При этом безразлично о каком из участвующих в реакции веществ идет речь: все они связаны между собой уравнением реакции, а потому по изменению концентрации одного из веществ можно судить о соответствующих изменениях концентрации всех остальных.

Обычно концентрацию выражают в моль/л, а время в секундах.

В зависимости от типа химической реакции (гомогенной или гетерогенной) меняется характер реакционного пространства. Гомогенной реакцией называется реакция, протекающая в однородной среде (водной фазе). Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз, например твердой и жидкой, твердой и газообразной.

Основной закон химической кинетики

Для того, чтобы осуществилось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы или частички должны столкнуться.

Чем больше столкновений, тем больше скорость реакции, а число столкновений тем больше, чем выше концентрация реагирующих веществ.

Отсюда на основе экспериментального материала сформулирован основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ:

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов.

V = k•C_a•C_b, где (1)

K-коэффициент пропорциональности

C_a и C_b- молярные концентрации веществ А и В.

Стехиометрические коэффициенты равны 1.

При C_a и C_b равными 1моль/л коэффициент пропорциональности равен скорости реакции- это физический смысл константы K.

Константа скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от их концентрации.

Уравнение, связывающее скорость реакции с концентрацией реагирующих веществ, называется кинетическим уравнением.

Для реакции записанной в общем виде:

mA + nB = pC + gD

кинетическое уравнение имеет вид:

V = k•Cа^m•C_bⁿ, где (2)

m,n-стехиометрические коэффициенты реагирующих веществ

Влияние температуры на скорость реакций

Правило Вант- Гоффа. Повышение температуры ускоряет большинство химических реакций. Согласно правилу Вант- Гоффа при повышении температуры на 10 К скорость многих химических реакций увеличивается в 2-4 раза

V₂= V₁γ ^(Т₂ – ^Т₁^)/10, (3)

где V₂ и V₁ – скорости реакции при температурах Т₂ и Т₁, γ –коэффициент, значение которого для эндотермической реакции выше, чем для экзотермической реакции. Для многих химических реакций γ лежит в пределах 2-4. Уравнение (3) можно использовать лишь для расчетов при температурах, близких к комнатным, иначе их точность не очень высока.

Энергия активации

Сильное изменение скорости реакции с изменением температуры объясняет теория активации.

Согласно этой теории в химическое взаимодействие вступают только активные молекулы, обладающие энергией, достаточной для осуществления данной реакции.

Неактивные молекулы можно сделать активными, если сообщить им дополнительную энергию- этот процесс называется активацией.

Один из способов активации молекул- повышение температуры: при этом число активных молекул возрастает в геометрической прогрессии, благодаря чему резко увеличивается скорость реакции.

Энергия, которую надо сообщить молекулам реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные, называется энергией активации.

Ее величина определяется опытным путем, обозначается буквой Е_А.

Таким образом, скорость реакции зависит от числа активных молекул, а не общего их числа.