Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Необходимым условием того, чтобы между частицами исход­ных веществ, произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом. Только при этом станут возмож­ны те переходы электронов и перегруппировки атомов, в резуль­тате которых образуются молекулы новых веществ — продуктов реакции. Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих ве­ществ.

Число соударений в свою очередь тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ или, что, то же самое, чем больше произведение концентрации реагирующих веществ.

Чтобы исследовать зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, рассмот­рим гомогенную реакцию, протекающую по уравнению:

А+В → АВ

Для ее осуществления необходимо, чтобы молекулы А и В в неко­торый момент времени оказались в каком-то элементе объема, имеющем «молекулярные размеры» («столкнулись»).

Вероятность того, что молекула А окажется в этом элементе объема (W_A), оче­видно, пропорциональна количеству молекул в единице объема, т. е. их концентрации:

W_A ~ [А]

Подобным же образом, вероят­ность того, что молекула В окажется в том же объеме, пропорцио­нальна концентрации молекул В:

W_B ~ [В]

Из теории вероятности известно, что вероятность одновременного осуществления двух неза­висимых событий равна произведению вероятностей каждого из событий. Следовательно, вероятность того, что и молекула А, и мо­лекула В окажутся в одном и том же элементе объема:

W_AB = W_A • W_B ~ [А] • [В]

Соответственно и скорость реакции будет пропорциональна произведению концентраций веществ А и В, т. е.

V= k• [А] • [В]

где k — коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции

Константа скорости реакции – постоянная для данной химической реакции величина, которая зависит от химической природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не зависит от концентраций реагирующих веществ. Она рав­на той скорости, с которой должна совершаться реакция, если концентрация каждого из реагирующих веществ равна 1 моль/л.

Если химический процесс осуществляется в ходе одновремен­ного столкновения двух частиц А и одной частицы В:

2А+В → А₂В,

то легко показать с помощью рассуждений, аналогичных приведенных выше, что W_A ~ [А]²

V = k [А]² • [В]

Уравнение, описывающее зависи­мость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, называется кинетическим уравнением реакции.

Для гомогенной реакции с участием а молекул вещества А и b молекул вещества В:

aA + bB → А_аВ_b,

Уравнение скорости имеет вид:

V = k [А]^a • [B]^b

Таким образом, скорость химической реакции пропорциональ­на произведению концентраций реагирующих веществ, в степенях с показателями, численно равными коэффициентам в уравнении реакции.

Для гетерогенных реакций (т – ж, т – г), протекающих на границе раздела фаз, концентрация твердого ве­щества, реагирующего с газом или раствором, остается постоян­ной, поэтому в кинетическое уравнение концентрация твердых веществ не включается. Так, для реакции:

CaO(т) + CO₂ (г)→ CaCO₃(т)

Концентрации СаО и CaCO₃ не изменяются,

Тогда кинетическое уравнение имеет вид:

V = k [CO₂]

Дата добавления: 2013-12-13