27 Вопрос

Гомогенная химическая реакция – процесс химического превращения исходных веществ в продукты реакции, протекающий в гомогенной системе (в пределах одной фазы).

Скорость гомогенной реакции – число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени, в единице объема.

Элементарный акт реакции состоит в таком соударении и дальнейшем взаимодействии молекул, таком перераспределении электронной плотности, образовании новых и разрыве старых химических связейЮ когда образуются новые по составу и строению вещества.

Мерой скорости химической реакции называется количество вещества, вступившего в реакцию или образовавшегося при реакции за единицу времени в единице объема системы. Определения меры скорости химической реакции можно записать в математической форме. – скорость, v – объем системы, - число молей какого-либо из получающихся при реакции веществ, - время.

Уравнение можно упростить. Отношение количества вещества ( ) к объему (v) системы представляет собой молярную концентрацию (( ) данного вещества, откуда = и окончательно:

Мерой скорости реакции в гомогенной системе называется изменение концентрации какого-либо из веществ, вступающих в реакцию или образующихся при реакции, происходящее за единицу времени.

На практике для выбранной реакции измеряют концентрации одного или нескольких веществ в определенные промежутки времени. Концентрации исходных веществ со временем уменьшаются, а концентрации продуктов реакции увеличиваются. Скорость же реакции всегда считается положительной величиной. Поэтому, если скорость реакции измеряют по изменению убывающей концентрации одного из исходных веществ, то

При измерении скорости реакции с помощью увеличивающейся концентрации одного из продуктов реакции, то

По физическому смыслу первая производная от концентрации по времени является тангенсом угла наклона касательной, проведенной к кривой в точке с текущими значениями координат и . Проводя такие касательные в точках, отвечающих различным моментам времени от начала химической реакции, и измеряя тангенс наклона касательных, получаем, что скорость химической реакции со временем уменьшается.

Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.

Необходимым условием того, чтобы между частицами ( атомами, молекулами, ионами) исходных веществ произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом (соударение). Точнее говоря, частицы должны сблизиться друг с другом настолько, чтобы атомы одной из них испытывали бы действие электрических полей, создаваемых атомами другой. Только при этом станут возможны те переходы электронов и перегруппировки атомов, в результате которых образуются молекулы новых веществ – продуктов реакции. Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ.

Число соударений тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ. Так, скорость реакции A + B = C пропорциональна произведению концентрации вещества A на концентрацию вещества B, т.е. вероятности столкновения частиц. Обозначая концентрации веществ A и B соответственно через и , можно написать , где k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости данной реакции.

Закон действия масс для химической реакции, протекающей при столкновении двух частиц:

При постоянной температуре скорость элементарной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Гораздо реже реакция осуществляется в результате одновременного столкновения трех реагирующих частиц. Например, реакция типа 2A +B = A₂B может протекать путем тройного столкновения: A + A +B → A₂B. Тогда в соответствии с законом действия масс можно записать: , т.е. .

Как видно, в том случае концентрация каждого из реагирующих веществ входит в выражение скорости реакции в степени, равной соответствующему коэффициенту в уравнении реакции. Вероятность одновременного столкновения более чем трех частиц крайне мала. Поэтому сложные реакции, уравнения которых содержат большое число частиц, представляют собой совокупность последовательно или параллельно протекающих процессов, каждый из которых происходит, как правило, при столкновении двух частиц или в результате распада отдельной частицы. В подобных случаях закон действия масс применим только к каждой отдельной элементарной стадии реакции, но не к реакции в целом.

Для сложных реакций показатель степени молярной концентрации, например, реагента B в выражении для скорости реакции называется порядком реакции по реагенту B. Общий порядок реакции равен сумме порядков по всем реагентам. Их стехиометрического уравнения реакции нельзя рассчитать порядок реакции, так как последний зависит от числа стадий процесса, механизма его протекания, вида переходного состояния лимитирующей реакции, других факторов. Порядок реакции определяется экспериментально.

Величина константы скорости k зависит от природы веществ, от температуры и от присутствия катализаторов, но не зависит от концентраций веществ.