От концентрации реагирующих веществ

Необходимым условием того, чтобы между частицами произошло химическое взаимодействие, является их столкновение друг с другом. Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ.

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

Так скорость элементарной реакции

А + В → С

можно выразить как

,

где k – константа скорости реакции, С_А, С_В – концентрации веществ А и В соответственно.

Полученное соотношение выражает закон действующих масс для химической реакции:

При постоянной температуре скорость элементарной реакции прямо пропорциональна изменению концентраций реагирующих веществ.

Для реакций с большим количеством реагирующих молекул выражение изменится:

А + 2В → С

или А + В +В → С

Или в общем виде:

aA + bB → C

Уравнение, выражающее закон действующих масс для конкретной реакции, называется кинетическим уравнением данной реакции. Степени, в которые возводятся концентрации веществ, соответствуют стехиометрическим коэффициентам в уравнении элементарной стадии процесс. Сумма показателей, в которые возводят концентрации определяет порядок реакции (a + b).

Для многомолекулярных и гетерогенныхреакций их порядок меньше суммы коэффициентов в уравнении реакции. Скорость сложных реакций определяется скоростью лимитирующей стадии, поэтому степенные показатели в выражении скорости равны коэффициентам в уравнении лимитирующей стадии.

Так для реакции

2NO + O₂ = 2 NO₂ (*)

лимитирующей стадией является процесс

2NO = (NO)_2.

Поэтому реакция (*) относится к реакциям второго порядка и ее скорость зависит от концентрации NO:

.

В гетерогенных системах реакция идет на поверхности раздела фаз, поэтому концентрация вещества, образующего твердую или жидкую фазу, остается постоянной и не влияет на скорость реакции. следовательно концентрация веществ, находящихся в конденсированном состоянии, не входит в состав выражения скорости химической реакции.

В гомогенных системах порядок также снижается, если один из реагентов присутствует в большом избытке и его концентрация практически не уменьшается. Например, реакции омыления сложного эфира водой в разбавленном водном растворе является реакцией первого порядка, т.к. расход воды не отражается на ее концентрации:

CН₃СООС₂Н₅ + Н₂О → СН₃СООН + С₂Н₅ОН

.

В общем случае зависимость скорости от концентрации реагентов можно представить следующим образом. Допустим, что реагенты А и В участвуют в реакции

аА + bB→ Р,

которая складывается из нескольких стадий. Если самой медленной является процесс

xA + yB → C,

то скорость всей реакции определяется выражением:

Порядок реакции определяется молекулярностью медленной стадии и равен (x + y). Если одно из веществ, например А, находится в избытке или в конденсированном состоянии, то

И порядок реакции снижается с (x + y) до y.