Швидкість та механізм хімічних реакцій. Вплив різних факторів на швидкість реакції. ЗДМ

 

Швидкість хімічної реакції визначається зміною концентрації однієї з реагуючих речовин за одиницю часу за незмінному об’єму системи.

Якщо в момент часу концентрація реагуючої речовини відповідала моль/л, а в наступний момент часу виявилася відповідною моль/л, то співвідношення

виражає середню швидкість реакції за проміжок часу:

(с).

Чим менше проміжок часу і відповідний йому спад концентрації , тим ближче відношення до дійсної швидкості реакції у відповідний момент часу .

Швидкість кожної реакції залежить від природи реагуючих речовин, від їх концентрації та від умов, в яких реакція перебігає (температура, тиск, присутність каталізаторів).

Дуже важливе положення було встановлено в 1867 р. двома вченими Гульдбергом і Вааге та одержало назву закон діючих мас (ЗДМ): швидкість хімічної реакції за сталої температури пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, зведених у степені їхніх стехіометричних коефіцієнтів.

Так, для гомогенної реакції типу:

швидкість становить:

,

де k — константа швидкості,

і — концентрації реагуючих речовин у певний момент часу.

У гетерогенних реакціях концентрації речовин, що перебувають у твердому стані, практично не змінюються протягом реакції і тому не включаються в рівняння закону діючих мас. Наприклад, для реакції:

чи

де — парціальний тиск кисню.

Залежність швидкості реакції (або константи швидкості реакції) від температури визначається правилом Вант-Гоффа: із підвищенням температури на кожні 10 С швидкість більшості реакцій зростає в 2‑4 рази.

Ця залежність виражається співвідношенням:

де ‑ швидкість реакції після підвищення температури до ;

‑ початкова швидкість реакції за температури ;

g ‑ температурний коефіцієнт швидкості реакції, який показує, у скільки збільшується швидкість реакції із підвищенням температури реагуючих речовин на 10 градусів.

Правило Вант-Гоффа приблизне й застосовується лише для орієнтовної оцінки впливу температури на швидкість реакцій. Точніше залежність константи швидкості від температури виражається рівнянням Арреніуса:

,

де B ‑ коефіцієнт пропорційності;

Е_акт ‑ енергія активації, кДж;

R ‑ газова постійна (8,31 кДж/(моль×К));

Т = (t+273°) ‑ абсолютна температура, К.

Чим нижче енергія активації Е_акт і вище температура, тим більше константа швидкості.