Химическая кинетика и химическое равновесие

Химическая кинетика – раздел химии, изучающий закономерности протекания химических реакций во времени, а также механизмы химических превращений. Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Эта величина определяет, как изменяется концентрация компонентов реакции с течением времени.

Скорость химической реакции в каждый момент времени выражается пропорциональна концентрациям реагентов, возведённым в некоторые степени (закон действующих масс).

Пример 1.Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакций в равновесной системе

2SO₂(г.) + O₂(г.) ↔ 2SO₃(г.),

при увеличении давления в 2 раза?

Обозначим исходные равновесные концентрации реагирующих веществ квадратными скобками [SO₂], [O₂], [SO₃].

По закону действующих масс скорости прямой и обратной реакции до увеличения давления в системе были:

V_пр. = k_пр.[SO₂]²[O₂],

V_обр. = k_обр.[SO₃]².

Увеличение давления приводит к пропорциональному уменьшению объема системы, и соответственно, увеличению концентрации газообразных веществ в системе. Таким образом, двукратное увеличение давления в системе приводит к двукратному же увеличению концентраций. Очевидно, что скорости как прямого, так и обратного процессов увеличатся. Если записать скорости реакции после увеличения давления, выражая концентрации веществ через исходные, получим следующие выражения:

V’_пр. = k_пр.(2[SO₂])²(2[O₂]) = k_пр.2²[SO₂]²·2[O₂] =

= 8·k_пр.[SO₂]²[O₂] = 8·V_пр.,

V’_обр. = k_обр.(2[SO₃])² = k_обр.2²[SO₃]² =

= 4·k_обр.[SO₃]² = 4·V_обр..

Таким образом, скорость прямой реакции увеличилась в 8 раз, а скорость обратной – в 4 раза.

Пример 2.Рассчитать, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если температуру понизить от 80ºC до 50ºC. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется приближенным (эмпирическим) правилом Вант-Гоффа:

,

где t₁ – начальная температура,

t₂ – конечная температура,

γ – температурный коэффициент скорости реакции.

Подставляя заданные значения, получаем:

.

Таким образом, скорость реакции при охлаждении от 80ºC до 50ºC уменьшается в 27 раз.