Закон действующих масс

Закон действующих масс был впервые сформулирован норвежскими учеными К. Гульдбергом и П. Вааге в 1867 г.: скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Для элементарной химической реакции, протекающей по схеме

n ₁ А ₁ + n ₂ А ₂® Продукты, (5)

закон действующих масс запишется в виде уравнения, обоснованного Пфаундлером в 1867 г.:

, (6)

где С ₁ – концентрация реагента А ₁; С ₂ – концентрация реагента А ₂.

Сумма стехиометрических коэффициентов (n₁ + n₂) равна молекулярности реакции.

Коэффициент пропорциональности k в уравнении (6) называется константой скорости реакции. Она численно равна скорости реакции при концентрациях реагентов, равных единице. Скорость химической реакции зависит от концентрации и природы реагентов, степени их смешения (для гетерогенных реакций), температуры, давления (для реакций в газовой фазе), свойств среды, присутствия катализатора, воздействия различными видами энергии (электрической, механической, видимого, ультрафиолетового, инфракрасного, радиоактивного излучения). Константа скорости зависит от тех же факторов, за исключением концентрации реагентов.

Сложные химические реакции включают несколько стадий, каждая из которых может быть моно-, би- или тримолекулярной. В этом случае а именно??? зависимость скорости от концентрации реагентов выражается более сложными уравнениями, чем (6), и закон действующих масс не может быть использован для описания химического превращения в целом. Однако формально он часто используется и для сложных реакций в виде

, (7)

где p₁ – порядок реакции по веществу А ₁; p₂ – порядок реакции по веществу А ₂.

Уравнение (7) называется кинетическим уравнением реакции и является математической моделью химической реакции.

Порядок реакции по данному веществу p _i – это показатель степени концентрации данного вещества в кинетическом уравнении реакции. Для сложной реакции порядок по данному веществу не равен стехиометрическому коэффициенту данного вещества n _i в уравнении реакции.

Общий (или суммарный) порядок реакции p – это сумма порядков реакции по всем реагентам. Для реакции (5) p = p₁ + p₂. В общем случае суммарный порядок меньше или равен молекулярности и может принимать целые (1, 2, 3) и дробные значения, а также быть равным нулю. Суммарный порядок реакции совпадает с молекулярностью только для элементарной реакции. Дробный суммарный порядок характерен для сложных реакций, протекающих через промежуточные стадии.