Кинетические закономерности химических реакций

Средняя скорость реакции соответствует изменению количества вещества Dn за промежуток времени Dt в единице объема или на единице площади поверхности:

W = Dn/(VDt) = DC_M/Dt (для гомогенных реакций);

W = Dn/(SDt) = DC_S/Dt (для гетерогенных реакций).

Влияние концентрации реагентов на скорость реакции. Основной постулат химической кинетики (закон действующих масс для скорости реакции) гласит: скорость реакции пропорциональна произведению молярных концентраций реагентов. Для реакции

a А + b В ® продукты

W = k[A] ^a [B] ^b, (3.11)

где k – константа скорости реакции; [А], [В] – молярные концентрации реагентов, a, b – порядок реакции по реагентам А и B. Физический смысл константы скорости: k = W, если [А] = [В] = 1 моль/дм³. Величина k зависит от природы реагентов и температуры.

Влияние температуры. Согласно правилу Вант-Гоффа, увеличение температуры на 10 градусов приводит к возрастанию скорости в g раз:

W ₂/ W ₁ = k₂/k₁ = g^(DТ/10), (3.12)

где g = 2÷ 4 – температурный коэффициент скорости реакции.

Более корректно влияние Т на k выражает уравнение Аррениуса:

lnk = B – A/T, (3.13)

где B и A – константы. Уравнению Аррениуса отвечает зависимость:

k = k₀ · e^–E/RT (3.14)

где Е – энергия активации реакции – избыточная по сравнению с имеющимся запасом энергия, которая нужна для того, чтобы все исходные молекулы могли превратиться в продукты.

Равновесие обратимых химических процессов. Обратимые химические реакции протекают в прямом и в обратном направлении:

a А + bВ «с С + d D.

Для равновесия обратимой реакции справедлив закон действующих масс:

, (3.15)

где K_р – константа равновесия обратимой химической реакции. Из уравнения (3.15) следует формулировка закона действующих масс: для обратимых реакций в состоянии равновесия отношение произведений концентраций продуктов к произведению концентраций реагентов - величина постоянная. Это заключение называют законом действующих масс для равновесия. Величина K_р связана с изменением энергии Гиббса в ходе реакции:

DG = –RTln K_р. (3.16)

Равновесие обратимых процессов подчиняется принципу Ле Шателье: если на обратимую систему, находящуюся в состоянии динамического равновесия, оказать воздействие (изменить параметр), то равновесие сместится так, чтобы воздействие ослабить.