33) Влияние концентрации на скорость химической реакции. Физический смысл, размерность константы скорости.

Химическая кинетика - это учение о скорости и механизме процесса и его зависимости от различных факторов, позволяющих ускорить или замедлить ход реакции.

Скорость химической реакции есть число элементарных актов химической реакции, происходящих в единицу времени в единице объема (для гомогенных реакций) или на единице поверхности (для гетерогенных реакций):

V_гом = Δn/VΔt = ± ΔC/Δt; V_гетер = Δn/SΔt

Это выражение используют со знаком «+», если скорость определяется по образующемуся в реакции веществу, в противном случае со знаком «-». Т.о. скорость реакции всегда положительна.

Скорость химической реакции есть изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Средняя скорость в промежутке времени Δt:

В различных интервалах времени средняя скорость химической реакции имеет разные значения; истинная (мгновенная) скорость реакции определяется как производная от концентрации по времени:

Графики: а) кинетические кривые для исходных веществ (А) и продуктов реакции (В);

б) графическое определение истинной скорости.

а) б)

Для реакции в общем виде скорость химической реакции с учетом стехиометрических коэффициентов:

aA + bB = cC + dD

V_t = -dC_A/dt = -dC_B/dt = -dC_C/dt = dC_D/dt

Закон действующих масс: скорость простой реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов в степени их стехиометрических коэффициентов.

Этим правилом и определяется влияние концентрации на скорость реакции. Оно было выражено (в несколько иной форме) впервые Гульдбергом и Вааге (1867).

Для простой реакции:

aA + bB = cC + dD

математическое выражение ЗДМ:

V = kC_A^aC_B^b,

где V – скорость реакции;

k – константа скорости реакции;

С_А и С_В – молярные концентрации реагентов;

a и b – кинетический порядок реакции по веществу А и В соответственно.

В общем случае:

aA + bB + dD +………..

V = kC_A^aC_B^bC_D^d……….

Скорость химической реакции, проводимой без добавления реагентов извне, максимальна в начале(кон-ции реагентов max ) и минимальна в конце (конц-я реагентов min)

Размерность V: V = [моль/(л•с)] = [моль/(м³•мин)]

Константа скорости реакции.

Коэффициент пропорциональности k есть константа скорости химической реакции. Физический смысл k вытекает из уравнения V = kC_A^aC_B^b .Константа скорости численно равна скорости реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

Константа при постоянной t⁰ зависит только от природы веществ и не зависит от их концентрации.

Размерность k: n =0, [k] = [ моль/л•с]

n = 1, [k] = [1/с]

Показатель степени при концентрации каждого из реагирующих веществ в кинетическом уравнении химической реакции (соответственно a, b и c) есть частный порядок реакции по данному компоненту. Сумма показателей степени в кинетическом уравнении химической реакции (a + b + c) представляет собой общий порядок реакции. Порядок реакции определяется только из экспериментальных данных и не связан со стехиометрическими коэффициентами при реагентах в уравнении реакции. Стехиометрическое уравнение реакции представляет собой уравнение материального баланса и никоим образом не может определять характера протекания этой реакции во времени.