II.3 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Химическое взаимодействие между частицами (атомами, молекулами, ионами) происходит при их столкновениях (соударениях) друг с другом. Скорость реакции пропорциональна числу этих соударений. Чем выше концентрация каждого из исходных веществ или, чем больше произведение концентраций реагирующих веществ, тем больше число соударений и тем больше скорость химической реакции.

Так скорость реакции

А + В = С

пропорциональна произведению концентраций веществ А и В:

u = kс_Ас_в или u = k [A] [B]

где с_А, с_в, [A], [B] – молярные концентрации веществ А и В,

k - коэффициент пропорциональности, константа скорости данной реакции.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ выражает закон действующих масс (закон действия масс), сформулированный К. Гульдбергом и П. Ваге, 1867 г.:

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

Если реакция осуществляется в результате одновременного столкновения нескольких частиц, концентрация каждого из реагирующих веществ берется в степени, равной соответствующему коэффициенту в уравнении реакции.

Например, реакция типа

2А + В = А₂В

протекает путем тройного столкновения:

А + А + В → А₂В

в соответствии с законом действия масс можно записать:

u = kс_А с_Ас_в = kс_А² с_в или u = k [A]² [B]

Пример: Написать выражение скорости реакции окисления оксида азота (II): 2NO_(г) + O_2(г) = 2 NO_2(г)

Как изменится скорость этой реакции, если концентрацию NO увеличить в два раза?

Решение:

В соответствии с законом действия масс скорость реакции:

u = kс_NO² с_O2 или u = k [NO]² [O₂]

После увеличения концентрации газа NO в два раза его новую концентрацию можно записать: [NO]' = [2NO], тогда выражение скорости реакции принимает вид:

u' = kс'_NO² с_O2 или u' = k [NO]'² [O₂] = k [2NO]² [O₂] = 4 k [NO]² [O₂] = 4u

то есть скорость химической реакции возросла в 4 раза.