Скорость химической реакции. Под скоростью химической реакции обычно понимают изменение концентраций исход­ных веществ или продуктов реакции во времени

Под скоростью химической реакции обычно понимают изменение концентраций исход­ных веществ или продуктов реакции во времени.

Для определения скорости химической реакции достаточно знать изменение во време­ни количества только одного из веществ - участников реакции - исходного или конеч­ного, так как изменения количества всех остальных веществ можно найти на основании стехио­метрии из уравнения реакции.

Если графически изобразить изменение концентрации реагента [A] (рис.1.1, кри­вая 1) и продукта [B] (рис.1.1, кривая 2) реакции во времени, то скорость υ реакции в заданный момент времени τ графически представляет собой угловой коэффициент касательной к соответствующей кривой в данной точке.

 

 

Рисунок. 1.1-Изменение концентрации реагента (1) и продукта (2) химической реакции во времени

 

 

В случае измерения скорости процесса A →B по расходу реагента скорость реакции выражается уравнением (1.1):

(1.1)

а при измерении υ по скорости накопления продукта – уравнением (1.2)

(1.2)

 

Закон действия масс

Фундаментальным в химической кинетике является закон действия масс, при соблюдении которого в бесконечно разбавленных (идеальных) растворах скорость простой хи­ми­ческой реакции пропорциональна произведению концентраций веществ, действи­тельно участвующих в реакции, в степени, соответствующей стехиометрии процесса. Она не зависит ни от концентраций других веществ, ни от наличия или отсутствия других реакций. Из стехиометрического уравнения химичес­кой реакции

можно записать выражение для скорости процесса (1.3), где: k- константа скорости реакции, численно равная скорости при концентрациях реагентов 1 моль/л (см.стр.9)

(1.3)

Если в элементарной стадии реакции участвуют 2 или более молекул реагента, то, согласно этому закону, скорость реакции пропорциональна квадрату, кубу или даже более высоким степеням концентрации такого вещества. Показатель степени, в которой концентрация реагента входит в кинетическое уравнение, называется частным порядком реакции по данному реагенту. Сумма показателей степеней для всех реагентов (а+b) называется общим порядком реакции.

Прямая и обратная реакции обратимого процесса являются неза­ви­­­симыми, а суммар­ная скорость обратимой реакции равна разности скоростей прямой и обратной реакций. При этом для каждой реакции зависимость скорости от концентраций реагентов будет такой же, как и в отсутствие противоположного процесса.

Наблюдаемые на опы­те скорости часто отличаются от тех, которые можно было бы предсказать на основа­нии непосредственного приложения закона действия масс к сте­хио­метрии рассматри­ваемой реакции. Иногда скорость не зависит от концентрации вещества, которое в действительности рас­ходуется в реакции. В некоторых случаях скорость пропорциональна концентрации ката­лизатора, который даже не входит в стехиометрическое уравнение. Иногда от­сутствует простая пропорциональная связь с любой концентрацией, и скорость реакции описывается сложными уравнениями, включающими два или три параметра. Из закона действия масс с необходимостью следует, что во всех таких случаях реакция в целом про­текает через несколько элементарных стадий, каждая из которых подчиняется закону действия масс.

Элементарная стадия химического процесса - это превращение одной или несколь­ких находящихся в контакте частиц (молекул, ионов, свободных радикалов) в другие частицы за время порядка 10^-12-10^-13 с, (т.е. за время колебания атомов в химической связи), как правило, сопровождающееся разрывом или образованием химической связи (т.е. изменением ковалентности связи), переносом электрона или атома.