Скорость химической реакции

Скорость химического процесса - изменение количества вещества за единицу времени в единице объема для гомогенных реакций или на единице поверхности раздела фаз.

Если в момент времени t₁ концентрация реагирующего вещества была равной С₁ моль/л, а в последующий момент времени С₂ моль/л, то отношение

выражает среднюю скорость реакции υ за промежуток времени t₂-t₁ = Dt.

Чем меньше промежуток времени Dt и соответствующая ему убыль DС, тем ближе отношение к истинной скорости реакции в соответствующий момент времени.

Скорость реакции всегда остается положительной. Отношение же может быть как положительным, так и отрицательным. Если измеряется концентрация одного из исходных веществ, то С₂ < С₁ и выражение пишется со знаком минус, если же измеряется концентрация какого-либо из получающихся веществ, то выражению приписывают знак плюс, т.к. в этом случае С₂ > С₁

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, от их концентрации, от температуры, от наличия катализаторов, а также от общего давления (для реакций в газовой фазе) и от площади поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

Зависимость скорости элементарной реакции от концентрации выражается законом действия масс: скорость реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных соответствующим коэффициентам в уравнении реакции.

Так, скорость гомогенной реакции mA + nB = dC

v = k[A]^m[B]ⁿ,

где k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости. Физический смысл константы скорости: k – это скорость, когда концентрации реагирующих веществ равны единице (1 моль/л). Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ и от температуры.

Для газообразных веществ вместо концентраций можно использовать парциальные давления.

Концентрация твердого вещества является обычно постоянной величиной и входит в константу скорости.

Так, скорость реакции CuO(тв) + H₂(г) = H₂O(г) + Cu(тв)

v = k[H₂].

При увеличении температуры на 10⁰С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа).

Изменение скорости химической реакции с температурой характеризуется температурным коэффициентом скорости γ, который представляет собой отношение констант скоростей при температурах (Т+10) и Т:

или

Математическое выражение правила Вант-Гоффа:

V_t2/V_t1 = γ^(t2-t1)/10