Скорость химических реакций

Скорости и механизмы химических процессов, а также факторы, влияющие на них, изучает химическая кинетика.

Существуют гомогенные (однофазные) и гетерогенные (многофазные) системы, соответственно называют и реакции, происходящие в таких системах.

· Скорость химической реакции - число элементарных актов реакции в единицу времени в единице объема (для гомогенных реакций) или на единице поверхности фаз (для гетерогенных реакций). О скорости реакции можно судить по изменению количества реагирующих веществ или продуктов реакции.

Скорость химических реакций зависит от многих факторов: природы реагирующих веществ, концентрации, давления, степени дисперсности (измельчения) твёрдых веществ, температуры, присутствия катализатора.

· Математическую зависимость скорости реакции от концентрации Скорость химических реакций - student2.ru , называемую кинетическим уравнением, устанавливают экспериментально.

Для немногочисленных реакций – элементарных, т.е. идущих в одну стадию, зависимость скорости элементарных химических реакций от концентрации подчиняется закону действующих масс:

· скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведённых в степени, равные стехиометрическим коэффициентам.

Например, элементарной реакции 2NO + O2 = 2NO2 cоответствует кинетическое уравнение Скорость химических реакций - student2.ru . В этом уравнении Скорость химических реакций - student2.ru и Скорость химических реакций - student2.ru – молярные концентрации веществ (см. с. 16), Скорость химических реакций - student2.ru - константа скорости химической реакции, она численно равна скорости реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ постоянны и равны единице.

Если в реакции участвуют газы, то вместо концентраций можно использовать их парциальные давления.

Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа:

· при повышении температуры на каждые десять градусов скорость большинства химических реакций возрастает в 2 – 4 раза.

Математически правило выражают следующим образом:

Скорость химических реакций - student2.ru ,

где Скорость химических реакций - student2.ru и Скорость химических реакций - student2.ru - скорость реакции при температурах Скорость химических реакций - student2.ru и Скорость химических реакций - student2.ru ( Скорость химических реакций - student2.ru > Скорость химических реакций - student2.ru );

g - температурный коэффициент скорости, принимающий для разных реакций значения от двух до четырех.

Химическое равновесие

В природе существуют реакции практически необратимые (идущие в одном направлении) и обратимые реакции (идущие в прямом и обратном направлениях). Пример необратимой реакции: 2KClO3 = 2KCl + 3O2, обратимой реакции: 2SO2 + O2 Û 2SO3. Большинство реакций обратимы, в уравнениях таких реакций ставят знак обратимости (стрелки в двух направлениях Û).

Если в какой-либо замкнутой системе может идти обратимая реакция, то наступит такой момент, когда скорости прямой и обратной реакций станут одинаковыми.

· Состояние системы, характеризующееся равными скоростями прямой и обратной реакций, называют состоянием химического равновесия.

Химическое равновесие имеет динамический характер. Это означает, что количество любого вещества, расходующегося в ходе прямой реакции, равно его количеству, образующемуся в результате обратной реакции. В условиях химического равновесия концентрации всех веществ в системе не изменяются со временем, их называют равновесными концентрациями. Равновесные концентрации обозначают символом вещества в квадратных скобках: Скорость химических реакций - student2.ru .

Рассмотрим состояние химического равновесия в системе H2 + I2 Û 2HI при 450 0С, когда иод находится в парообразном состоянии. Реакцию, идущую слева направо, называют прямой, а справа налево - обратной. При химическом равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции: Скорость химических реакций - student2.ru . Кинетические уравнения для прямой и обратной реакций в данной системе согласуются с законом действующих масс, следовательно,

Скорость химических реакций - student2.ru .

После преобразования получим:

Скорость химических реакций - student2.ru .

Постоянную величину Скорость химических реакций - student2.ru называют константой химического равновесия. Она зависит от природы реагирующих веществ и температуры, но не зависит от концентраций веществ. В общем виде для системы

aA + bB Û cC + dD

Наши рекомендации