Лекция 6. Химическая к инетика. Скорость химических реакций

постоянной температуре и давлении:
А + В → АВ

Обозначим концентрацию

вещества А в момент времени τ0 через С0.

По мере протекания реакции в некоторый момент времени τ1 (τ1 > τ0) концентрация вещества А уменьшится за счет образования продукта АВ и будет равна С1 (С1 < С0).

За промежуток времени τ1 – τ0 изменение концентрации вещества А составит С1 – С0, отсюда скорость реакции соответствует выражению:

1

времени.

Концентрацию чаще всего выражают в моль/л.

Перед дробью ставится знак

«-», когда наблюдается убыль концентрации исходных веществ, а знак «+», если за тот же промежуток времени концентрация продуктов реакции увеличивается.

Реакции проходят в гомогенных и гетерогенных средах. Реакция называется гомогенной, если она протекает в одной фазе. Реакция в гомогенной среде протекает во всем объеме.

Фаза – часть системы, имеющая поверхность раздела, при переходе через которую свойства меняются скачкообразно.

Пример гомогенной реакции: СН4(газ) + 2О2(газ) → СО2(газ) + Н2О(пар)

фазах. Гетерогенные реакции происходят на границе раздела фаз.

Пример гетерогенной реакции:

СаО(тв) + Н2О(ж) → Са(ОН)2(тв).

Скоростью гетерогенной реакции (Uгет) называют изменение количества вещества, участвующего в реакции, (Δn) за единицу времени (τ) на единице поверхности (S):

Скоростью гомогенной реакции (Uгом) называют изменение количества вещества, участвующего в реакции, (Δn) за единицу времени (τ) в единице объема (V):

Для растворов:

где: СМ – молярная концентрация.

скорость химической реакции; СА, СБ, [А], [Б] – концентрации веществ

А и Б; а, б – стехиометрические коэффициенты компонентов А и Б; k – константа скорости химической реакции.

Влияние концентрации на скорость реакции выражается законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, соответствующих их стехиометрическим коэффициентам.

Для реакции аА + бБ = вВ + гГ закон действия масс записывается уравнением:

при концентрации каждого из реагирующих веществ равной единице.

Чем больше

константа скорости, тем быстрее идет реакция.

Например, для гомогенных процессов в газовой фазе:

N2 + 3H2 = 2NH3

U = k·[N2]·[H2]3

в растворе: CH3COOH + C2H5OH = H2O + CH3COOC2H5

U = k·[CH3COOH]·[C2H5OH]

тела остается практически постоянной и не входит в выражение закона

масс.

Например, в гетерогенном процессе:

2Са(тв) + О2(г) = 2СаО(г)

скорость реакции определяется концентрацией только газообразного вещества:

U = k·[O2]

Так как концентрация газообразного вещества пропорциональна его парциальному давлению, то можно записать:

U = k·РO2

Уравнения, показывающие зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, называются кинетическими.

реакции при температуре t °С; Ut+10 – скорость реакции при

увеличении температуры на 10 °С; γ – температурный коэффициент скорости реакции, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 °С.

В общем случае, при изменении температуры на Δt °С уравнение принимает вид:

Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается приближенным правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 °С скорость реакции увеличивается в 2÷4 раза: