Средняя и истинная скорость реакции

Выделяют среднюю скорость реакции и истинную скорость реакции. Средняя скорость реакции за данный промежуток времени – это конечное изменение концентрации (С ₂ – С ₁), относящееся к промежутку времени (t₂ – t₁):

. (1)

Истинная скорость реакции в данный момент времени u_t – это изменение концентрации, относящееся к бесконечно малому промежутку времени:

. (2)

Скорость реакции всегда считается положительной. По существу непринципиально, концентрацию какого из реагирующих веществ рассматривать при расчете скорости. Концентрация исходного вещества (реагента) будет уменьшаться, тогда отношение и производная будут отрицательны; концентрация продукта реакции будет увеличиваться, тогда отношение и производная будут положительны. Поэтому, чтобы скорость имела положительное значение, в первом случае в правой части формул (1) и (2) ставится знак "–", во втором – знак "+".

Размерность скорости реакции вытекает из выражения (2). Для гомогенной реакции (протекающей в объеме) изменение концентрации вещества ± d C можно выразить как отношение изменения количества вещества
± d n к объему V реакционного пространства:

. (3)

Тогда размерность скорости – моль/(м³×с). Это единица измерения!!!

Для гетерогенной реакции (протекающей на поверхности) изменение концентрации вещества ± d C можно выразить как отношение изменения количества вещества ± d n к площади поверхности S раздела фаз:

. (4)

Тогда размерность скорости – моль/(м²×с).

Рассмотрим определение скорости реакции на примере реакции термического разложения диацетилена:

НСºС-СºСН(г) 4С(гр) + Н₂(г).

Данная реакция является гомогенной и односторонней (т. е. протекает до конца). На рис. 1 представлена кинетическая кривая реакции – графическая зависимость концентрации реагента С от времени t.

Рис. 1.Кинетическая кривая реакции термического разложения диацетилена

Р = 1 атм., Т = 1173 К [14]

Средняя скорость реакции за промежуток времени от t₁ до t₂ в соответствии с уравнением (1) равна:

моль/(м³×с).

Истинная скорость реакции в момент времени t₃ в соответствии с уравнением (2) может быть определена как тангенс угла наклона касательной, проведённой к кинетической кривой в заданной точке:

моль/(м³×с).

В дальнейшем будем оперировать только с истинными скоростями гомогенных односторонних реакций.