Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов. Константа скорости. Молекулярность реакции. Порядок реакции

Скорость химической реакции зависит от природы и концентрации реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора или ингибитора.

Зависимость скорости химической реакции от концентрации определяется законом действующих масс: скорость элементарной реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ в степенях равных их стехиометрическим коэффициентам.

Такая зависимость скорости от концентрации обусловлена тем, что вероятность столкновения, а следовательно, и их взаимодействия мала, и пропорциональна произведению концентраций реагентов.

В случае реакции

а₁А₁ + а₂А₂ + . . . = в₁В₁ + в₂В₂ + . . .

скорость взаимодействия исходных веществ А_i, согласно закону действия масс, выразится соотношением

V_х.р.=k [A₁] [A₂] .

Выражение зависимости скорости реакции от концентрации называют кинетическим уравнением, где k – константа скорости реакции.

Константа скорости реакции–скорость реакции при концентрации реагирующих веществ 1 моль/л. Константа скорости k зависит от природы реагентов и температуры, но не зависит от концентрации и времени.

С л е д у е т п о м н и т ь: 1)если вещество находится в твердом состоянии, то его концентрация постоянна и принята за единицу, то есть степень при концентрации вещества в кинетическом уравнении равна нулю; 2) для газообразных веществ вместо концентраций можно использовать парциальные давления газов (Р ).

Таким образом, для первой реакции а, которая является гомогенной, закон действующих масс выражается следующими кинетическими уравнениями:

для прямого направления

V_пр. = k_пр. [NH₃]⁴·[O₂]³,

если концентрации веществ выразить через парциальные давления, то

V_пр. = k_пр.·Р ;

для обратного направления

V_обр. = k_обр. [N₂]²·[H₂O]⁶ или V_обр. = k_обр.Р .

Для реакции б, которая является гетерогенной, концентрации твердых веществ не учитываем и получаем:

V_пр. = k_пр.[SO₂]², или V_пр. = k_пр.Р ;

V_пр. = k_пр.[O₂]³, или V_обр. = k_обр.Р .

Число молекул реагентов, принимающих участие в простейшей (элементарной) стадии, называется ее молекулярностью (М). Элементарный акт представлен уравнением химической реакции.

Для варианта а М_пр. = 4 + 3 = 7; М_обр. = 2 + 6 = 8.

Для варианта б М_пр. = 2 + 2 = 4; М_обр. = 2 + 3 = 5.

Порядок реакции показывает, как природа вещества влияет на зависимость скорости реакции от концентрации (или парциального давления) реагирующих веществ.

Порядок реакции (П) определяется суммой величин показателей степеней при значениях концентрации (парциального давления) реагирующих веществ. Порядок рассчитывается с использованием закона действующих масс. Тогда для вариантов:

а) П_пр.= 4 + 3 = 7; П_обр. = 2 + 6 = 8;

б) П_пр. = 2; П_обр. = 3.

Следует отметить, что реакций выше третьего порядка не известно. Это обстоятельство существенно ограничивает область применения закона действующих масс. Сущность ограничения заключается в том, что зависимость скорости реакции определяется экспериментально и редко совпадает со стехиометрическим уравнением реакции.