Швидкість хімічної реакції
Вихідним та основоположним поняттям у хімічній кінетиці є поняття про швидкість хімічної реакції. Швидкість хімічної реакції – це зміна концентрації речовин, що реагують або продуктів реакції за одиницю часу. Нехай є реакція, що протікає за рівнянням: a A + b B = c C + d D, (6.1) тоді V х.р. = − Швидкість процесу залежить від ряду факторів: 1. Вплив природи речовин, що реагують:
2K + 2H2O = 2KOH + H2
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Обидві реакції – окисно-відновні процеси, в ході яких відновник, атом лужного металу, передає свій валентний електрон атому Гідроґену, оскільки енергія йонізації атома Калію менша, ніж у атома Натрію (зростає атомний радіус), то у випадку взаємодії калію з водою реакція відбувається швидше. 2. Вплив концентрації речовин, що реагують: Вплив цього фактора регламентується законом діючих мас: швидкість хімічної реакції пропорційна добутку концентрацій речовин, що реагують (з урахуванням стехіо-метричних коефіцієнтів рівняння реакції). Для рівняння (6.1) маємо: V х.р. = k[A] a · [B] b. Коефіцієнт пропорційності k називається константою швидкості. Фізичний зміст його стає зрозумілим, якщо прийняти [A] a · [B] b = 1, тоді V = k. k – залежить від природи речовин, що реагують, та темпе-ратури, але не залежить від концентрації речовин. 3. Вплив температури. Енергія активації. Швидкість хімічної реакції суттєво залежить від температури. У відповідності до емпіричного правила Вант-Гоффа при підвищенні температури на кожні 10° швидкість реакції зростає в 2-4 рази
V – швидкість реакції; k – константа швидкості реакції; t – час протікання реакції; T – температура; γ – температурний коефіцієнт реакції, (індексом 1 позначено параметри, що відповідають нижчій температурі, індексом 2 – вищій температурі). На перший погляд може здатись, що залежність швидкості реакції від температури обумовлена збільшенням числа зіткнень частинок, що реагують. Проте слід пам’ятати, що не кожне зіткнення приводить до хімічної взаємодії. Молекули повинні володіти певним запасом енергії для здійснення взаємодії між собою. Мінімальна енергія, якої достатньо для того, щоб молекула вступила у реакцію, називається енергією активації (Еа). Отже, швидкість хіміч-ної реакції визначається не загальним числом частинок, а числом частинок, які володіють енергією активації, так званих активних частинок.
K = A e або ln k = ln A – Ea / RT, де k – константа швидкості реакції; R – універсальна газова стала; T – температура; A – передекспоненційний множник. Фундаментальним поняттям у теорії елементарних хімічних процесів є поняття про активний комплекс. При хімічній взаємодії, наприклад, Н2 і І2 повинні розірватись зв’язки Н–Н і І–І і утворитися зв’язки Н–І. У певний момент часу при наближенні активних молекул компонентів, що володіють достатньою енергією для подолання взаємного відштовхування електронних хмар, виникає перехідний комплекс, у якому одні зв’язки не повністю розірвались, а інші вже почали формуватись. Такий збуджений нестабільний асоціат називається активним комплексом. Утворення актив-ного комплексу можна зобразити схемою:
Квантовомеханічні розрахунки показали, що протікання реакції через утворення актиивного комплексу, енергетично вигідніше, ніж виникнення нових зв’язків після повної дисо-ціації вихідних компонентів (рис. 6.1).
|
; або V х.р. = 
= 
= 
= 
, де
