Химическая кинетика

Для гомогеннойхимической реакции

аА + вВ = сС + dD (1)

реагенты продукты

скорость (v) выражается количеством (n_j) одного из реагентов J (или продуктов), прореагировавшим (образовавшимся) в единицу времени в единице реакционного пространства V:

.

Если V=const, то мгновенная скорость (т.е. скорость в данный момент времени ) определяется производной от концентрации по времени:

,

где С_j - молярная концентрация вещества J.

Знак «-» ставится, если вещество J -реагент, знак «+» - если вещество J – продукт.

Средняя скорость реакции v_ср в интервале времени от до определяется соотношением: . (2)

Скорость химической реакции зависит от многих факторов, основными из которых являются:

- концентрация (или давление для газообразных реагентов),

- температура;

- наличие катализаторов;

- площадь поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

Зависимость скорости простой реакции (т.е. реакции, идущей в одну стадию) от концентрации реагентов выражается законом действующих масс (ЗДМ): при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Так, для гомогенной реакции (1) скорость, согласно ЗДМ выражается соотношением

= (С_А )^а ∙(С_В )^b; = (С_С)^с ∙(С_D)^d, (3)

где - скорость прямой реакции;

- скорость обратной реакции;

k- коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости химической реакции.

При С_А = С_В = 1 моль/дм³ = , при С_D = С_С = 1 моль/дм³ = ;

С_А, С_В, С_D, С_С - концентрации веществ A,B,C,D, моль/дм³;

a,b,c,d - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Константа скорости химической реакции определяется природой реагирующих веществ и зависит от температуры, от присутствия катализатора, но не зависит от концентрации веществ, участвующих в реакции.

Если одно из реагирующих веществ:

1) взято в избытке,

2) находится в кристаллическом состоянии, или концентрация его не изменяется по другим причинам, то концентрация этого вещества не входит в выражение закона действующих масс. Так, для реакции

СаО_к + С0_2,г = CaC0_3,k = С(C0₂ ).

Сложные химические реакции протекают через ряд промежуточных стадий - элементарных актов. В одном элементарном акте может участвовать минимальное число частиц: одна или две (редко три). В связи с этим стехиометрическое уравнение сложной химической реакции не отражает истинного механизма взаимодействия исходных веществ, а фиксирует лишь начальное и конечное состояние системы.

При решении задач по химической кинетике необходимо различать следующие понятия:

1. Исходная концентрация реагирующего вещества - то количество вещества в 1 дм³ раствора или газа, которое берется для химического взаимодействия.

2. Количество вещества в 1 дм³, вступившего в химическое взаимодействие (изменение концентрации). В химическое взаимодействие вступает не все взятое количество вещества, а лишь часть его. Эта часть вещества может быть задана либо в процентах от исходного количества, либо в молях, либо неизвестно, какое количество вещества вступило в химическое взаимодействие. В этом случае количество в 1 дм³ одного из веществ, вступившего в реакцию, обозначают через X, а количество остальных взаимодействующих веществ выражается через X, пропорционально стехиометрическим коэффициентам данной реакции.

3. Текущая концентрация означает количество вещества в 1 дм³, имеющееся в наличии на данный момент.