Для гомогеннойхимической реакции
аА + вВ = сС + dD (1)
реагенты продукты
скорость (v) выражается количеством (nj) одного из реагентов J (или продуктов), прореагировавшим (образовавшимся) в единицу времени в единице реакционного пространства V:
.
Если V=const, то мгновенная скорость (т.е. скорость в данный момент времени ) определяется производной от концентрации по времени:
,
где Сj - молярная концентрация вещества J.
Знак «-» ставится, если вещество J - реагент, знак «+» - если вещество J – продукт.
Средняя скорость реакции vср в интервале времени от до определяется соотношением: . (2)
Скорость химической реакции зависит от многих факторов, основными из которых являются:
- концентрация (или давление для газообразных реагентов),
- температура;
- наличие катализаторов;
- площадь поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).
Зависимость скорости простой реакции (т.е. реакции, идущей в одну стадию) от концентрации реагентов выражается законом действующих масс (ЗДМ): при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
|
|
Так, для гомогенной реакции (1) скорость, согласно ЗДМ выражается соотношением
= (СА )а ∙(СВ )b; = (СС)с ∙(СD)d, (3)
где - скорость прямой реакции;
- скорость обратной реакции;
k- коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости химической реакции.
При СА = СВ = 1 моль/дм3 = , при СD = СС = 1 моль/дм3 = ;
СА, СВ, СD, СС - концентрации веществ A,B,C,D, моль/дм3;
a,b,c,d - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Константа скорости химической реакции определяется природой реагирующих веществ и зависит от температуры, от присутствия катализатора, но не зависит от концентрации веществ, участвующих в реакции.
Если одно из реагирующих веществ:
1) взято в избытке,
2) находится в кристаллическом состоянии, или концентрация его не изменяется по другим причинам, то концентрация этого вещества не входит в выражение закона действующих масс. Так, для реакции
СаОк + С02,г = CaC03,k = С(C02 ).
Сложные химические реакции протекают через ряд промежуточных стадий - элементарных актов. В одном элементарном акте может участвовать минимальное число частиц: одна или две (редко три). В связи с этим стехиометрическое уравнение сложной химической реакции не отражает истинного механизма взаимодействия исходных веществ, а фиксирует лишь начальное и конечное состояние системы.
При решении задач по химической кинетике необходимо различать следующие понятия:
1. Исходная концентрация реагирующего вещества - то количество вещества в 1 дм3 раствора или газа, которое берется для химического взаимодействия.
|
|
2. Количество вещества в 1 дм3, вступившего в химическое взаимодействие (изменение концентрации). В химическое взаимодействие вступает не все взятое количество вещества, а лишь часть его. Эта часть вещества может быть задана либо в процентах от исходного количества, либо в молях, либо неизвестно, какое количество вещества вступило в химическое взаимодействие. В этом случае количество в 1 дм3 одного из веществ, вступившего в реакцию, обозначают через X, а количество остальных взаимодействующих веществ выражается через X, пропорционально стехиометрическим коэффициентам данной реакции.
3. Текущая концентрация означает количество вещества в 1 дм3, имеющееся в наличии на данный момент.