Химическая кинетика. Скорость химической реакции.

Скорость химической реакции v  характеризуется изменением концентрации реагирующих веществ (моль/л или моль/см³) в единицу времени (сек., мин., ч.).

Для гомогенной (однородной) системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции за единицу времени в единице объема системы. Для гетерогенной системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

1) Природа реагирующих веществ (характер связи в молекулах реагентов);

2) Концентрация реагентов;

3) Температура;

4) Катализатор;

5) Давление (для газов);

6) Излучение (ИК-, УФ-, рентгеновское, радиоактивное и др.);

7) Площадь поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

Влияние концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции, протекающей в однородной среде, пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов.

Например, для обратимой гомогенной реакции, выражающейся уравнением

aA  +  bB  ↔  cC  +  dD,

в соответствии с законом действия масс, можно записать выражение скорости прямой и обратной реакций:

V_пр = k₁·C^a_A·C^b_B и V_обр = k₂·C^с_С·C^d_D

где k₁ и k₂ – константы скоростей прямой и обратной реакций.

Физический смысл константы скорости заключается в том, что она показывает численное значение скорости химической реакции, с которой реагируют вещества при их концентрации (или произведении концентраций), равной единице. Константа скорости реакции зависит от природы реагентов, температуры, наличия катализатора, но не зависит от концентрации реагентов.

Суха теория. Посмотрим, как это применяется на практике.

Обычно вы находите в билете что-нибудь вроде этого (придумываю из головы):

Дана газофазная реакция 2А + 3B → D + 4C

Как изменится скорость реакции если концентрацию вещества А уменьшить в 2 раза, концентрацию вещества B увеличить в 1,5 раза, а концентрацию вещества D уменьшить в 4 раза?

Во-первых, без паники. Обозначаем скорость с начальными концентрациями - r₁, а скорость с изменившимися r₂. Тогда все, что нам нужно найти, это отношение r₂ к r₁.

Вводим обозначение: k будет константой скорости. Поскольку температура не меняется, катализатор не добавляется, и вообще, ничего об этом не сказано, считаем, что k остается неизменным.

Записываем кинетическое уравнение для первого случая.

r₁ = k·[A]²_­­·[B]³

Что я сделал? Взял концентрацию каждого реагента (важный момент: брать нужно только газофазные реагенты, у нас они все газофазные по условию), возвел в степень коэффициента, который стоит перед веществом в уравнении реакции, перемножил, умножил на константу скорости - все.

Как видно, вещество D вообще не при делах, я его ввел, чтобы вас запутать. Берем только реагенты, если речь идет о прямой реакции, и только продукты, если речь идет об обратной.

Танцуем дальше.

Повторим процедуру для изменившихся концентраций. Важно: коэффициенты, они же степени, не меняются.

r₂ = k·([A]/2)²­·(1,5[B])³

Раскрываем скобки:

r₂ = k·0,25[A]²­·3,375[B]³

r₂ = 0.84375k·[A]²_­[B]³

Очевидно, что скорость реакции уменьшилась в 1/0,84375 = 1,185 раза.

Главное - не бояться =)

Если у Вас есть вопросы по решению данной задачи (или другой), пишите на наш e-mail botva-project@yandex.ru, мы всегда готовы помочь.

С уважением, Botva-Project