Влияние концентрации реагентов на скорость реакции

 

Необходимым условием того, чтобы между частицами исходных веществ произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом, т.е. соударение частиц.

Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ.

Запишем реакцию в общем виде:

А + В ® С + D

А и В – исходные вещества;

С и D – продукты реакции.

 

Число соударений тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ или чем больше произведение концентраций реагирующих веществ:

[А] и [В] – концентрация реагирующих веществ (жидких или газообразных), моль/л;

- скорость прямой реакции; - константа скорости прямой реакции.

Это соотношение выражает закон действующих масс, открытый опытным путем норвежскими учеными К. Гульдбергом и П. Вааге в 1867 году.

 

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

 

В реакциях чаще одновременно сталкиваются две частицы. Гораздо реже происходит столкновение одновременно трех частиц;

2А + В ® А₂В

Тогда выражение для скорости реакции в соответствии с законом действующих масс будет записано следующим образом:

.

В общем виде для реакции

аА + bB ® cC + dD, где

a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты, скорость прямой реакции выразится формулой:

.

Более точная формулировка закона действующих масс:

При постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенные в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам.

 

Особо следует сказать о константе скорости химической реакции (k).

Константа скорости химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, от температуры и от присутствия катализаторов, но не зависит от концентрации веществ.

Физический смысл константы скорости химической реакции: она численно равна скорости реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

 

Приведем несколько примеров.

Реакция протекает в газовой фазе.

2NO + O₂ ® 2NO₂

.

В случае гетерогенных реакция в уравнение закона действующих масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация твердых веществ обычно представляет собой постоянную величину и поэтому входит в константу скорости реакции, т.е. в выражении для скорости реакции концентрация твердых веществ формально не учитывается.

С_(тв) + О₂ ® СО₂

 

СаСО_{3 (кр)} ® СаО _(кр) + СО₂

 

Для сложных реакций, например, реакций горения можно записать только формальное кинетическое уравнение (выражение для скорости реакции):

С₃Н₈ + 5О₂ ® 3СО₂ + 4Н₂О

.

Однако следует помнить, что данное уравнение не отражает механизма реакции.

Молекулярность реакции

 

Молекулярностью реакции называется число молекул реагентов, участвующих в простой реакции, состоящей из одного молекулярного акта.

Большинство элементарных реакций имеют молекулярность один или два, хотя некоторые реакции протекают при одновременном столкновении трех реагентов, а в редчайших случаях – четырех.

 

 

	Реакции
мономолекулярные	бимолекулярные
Определение	Реакции, в которых участвует единственная молекула реагента	Реакции, в которых две одинаковые или неодинаковые молекулы реагентов взаимодействуют с образованием продуктов реакции
Схемы реакций	А ® В А ® В + С	А + В ® AB 2A ® A2 A + B ® С + D 2А ® С + D
Примеры реакций и кинетические уравнения	Реакции изомеризации HCN D HNC	Реакции соединения Н2 + I2 ® 2HI
	Реакции разложения N2O5 ® 2NO2 + 0,5O2	Реакции обмена NaCl + AgNO3 ® AgCl+ NaNO3

 

Тримолекулярные реакции встречаются очень редко, т.к. вероятность одновременного столкновения трех молекул невелика. Примеры таких реакций

2NO + O2 ® 2NO2

2I×+ H2 ® 2HI

 

Порядок реакции

Порядок реакции определяется кинетическим уравнением реакции и равен сумме показателей степеней при концентрациях в этом уравнении.

В общем виде для реакции

аА + bB + cC ® dD + еЕ, где

a, b, c, d, е – стехиометрические коэффициенты, скорость прямой реакции выразится формулой:

.

 

Порядок реакции	Примеры	Кинетическое уравнение
Нулевой 0	2KClO3 (тв) ® 2KCl (тв) + 3O2
Первый I	Cl2 ® Cl× + Cl×
Второй II	C2H4 + HI ® C2H5I

 

Порядок и молекулярность совпадают в том случае, если взаимодействие протекает в одну стадию и в соответствии с уравнением реакции. Однако во многих случаях эти условия не выполняются и порядок реакции не равен молекулярности.

(Все определения, формулы, графики и уравнения реакций даются под запись.)