Влияние концентрации

Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение реагирующих частиц (атомов, молекул, ионов), т.е. частицы должны сблизиться друг с другом настолько, чтобы атомы одной из них испытывали бы действие электрических полей, создаваемых атомами другой частицы. Только при этом станут возможны те переходы электронов и перегруппировки атомов, в результате которых образуются молекулы новых веществ – продуктов реакции. Поэтому скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ. Число соударений, в свою очередь, тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действия масс, сформулированным К. Гульдбергом и П. Вааге и известным как кинетическое уравнение химической реакции. Он читается так: скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов.

В общем виде этот закон записывается следующим образом:

где v – скорость реакции;

[А], [В] – молярные концентрации реагирующих веществ;

к – константа скорости (коэффициент пропорциональности). Скорость реакции численно равна константе, если [А] = [В] = 1 моль/л,

п, m, q – коэффициенты.

Следует отметить, что константа скорости не зависит от концентрации реагирующих веществ, но зависит от их природы и температуры.

Например: Как изменится скорость реакции окисления азота (II)

2NO + О₂ → 2NO₂, если давление увеличить в 4 раза?

Запишем выражение скорости реакции до изменения давления:

v' = к [NO]² · [О₂]

После увеличения давления в системе в 4 раза, концентрация каждого из исходных газов увеличится также в 4 раза и выражение скорости реакции имеет вид:

Поскольку v" > v' вычисляем Δv:

Гетерогенные реакции идут на поверхности раздела фаз, поэтому особенностью кинетики этих реакций является влияние величины поверхности реагирующего вещества на скорость реакции. Тот факт, что металлические порошки окисляются кислородом значительно быстрее, чем большие куски металлов, указывает на то, что чем больше поверхность твердого вещества, тем больше скорость реакции. Из этого следует, что твердое вещество следует размельчать для увеличения скорости реакции.

Например: для реакции а) горения угля С(к) + О₂(г) → СО₂ закон действия масс записывается так: v = к [О₂], а [С] – const

б) растворения цинка: Zn(к) + 2НС1(ж) → ZnCl₂ + Н₂ v = к [НСl]²

Из примера видно, что в случае гетерогенных реакций в уравнение закона действие масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, обычно представляет собой постоянную величину и поэтому входит в константу скорости.

Кроме величины поверхности твердого вещества, на скорость реакции влияет диффузия веществ, подвод исходных веществ, отвод продуктов реакции и т.д.

Гетерогенные реакции имеют большое значение в технике, к ним принадлежат, например, горение твердого топлива, коррозия металлов и сплавов.