Залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин - студопедія
Залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин визначається законом діючих мас (сформульований Гульдбергом і Вааге в 1867р. І незалежно від них Бекетовим в 1865р.): Швидкість хімічної реакції, що протікає при постійній температурі в гомогенної середовищі, пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин, зведених в ступінь їх стехіометричних коефіцієнтів.
Так, для реакції типу А + 2В = С закон дії мас виражається наступним чином:
У цьому рівнянні [А] і [В] - концентрації реагуючих речовин, а k константа швидкості реакції, значення якої залежить від природи реагуючих речовин. При гетерогенних реакціях концентрації речовин, що знаходяться у твердій фазі, зазвичай не змінюються в ході реакції і тому не включаються в рівняння закону дії мас.
Приклад: написати вираження закону дії мас для реакцій
так як карбонат кальцію - тверда речовина, концентрація якого не змінюється в ході реакції.
Приклад: як зміниться швидкість реакції
якщо зменшити обсяг реакційної посудини в 3 рази?
Рішення: до зміни обсягу швидкість реакції виражалася рівнянням
Внаслідок зменшення обсягу концентрація кожного з реагуючих речовин зростає в 3 рази. Отже, тепер швидкість реакції виражається рівнянням
тобто швидкість реакції зросте у 27 разів.
Залежність швидкості реакції від температури
Закон діючих мас справедливий при будь-якій температурі, однак константа швидкості збільшується зі зростанням температури, а отже, збільшується швидкість реакції.
Зростання швидкості реакції з ростом температури прийнято характеризувати температурним коефіцієнтом, тобто числом, що показує, у скільки разів зростає швидкість даної реакції при підвищенні температури на 10 °. Дану залежність виражає правило Вант-Гоффа: при підвищенні температури на 10 ° швидкість реакції збільшується в 2-4 рази
де k, - константа швидкості при температурі t, kt + 10 - константа швидкості при температурі t + 10, # 947; - температурний коефіцієнт реакції, v - швидкості реакції.
У загальному випадку, якщо температура змінилася на # 916; t, то останнє рівняння перетвориться до виду: kt + 10 / kt = vt + 10 / vt = # 947; # 916; t / 10.
Приклад: температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2,8. У скільки разів зросте швидкість реакції при підвищенні температури від 20 до 75 ° С?
Рішення: оскільки # 916; t = 75 ° С-20 ° С = 55 ° С, то, позначивши швидкість реакції при 20 И75 ° через v і v1 можемо записати
v1 / v = 2,8 55 / l 0 = 2,8 5 - 3 = 287.
Швидкість реакції збільшиться в 287 разів.
Як показує приклад, швидкість хімічної реакції дуже сильно зростає при підвищенні температур. Це пов'язано з тим, що елементарний акт хімічної реакції протікає не при всякому зіткненні реагують молекул: реагують тільки ті молекули (активні молекули), які мають достатню енергію, щоб розірвати або послабити зв'язку в початкових частинках і тим самим створити можливість утворення нових молекул. Тому кожна реакція характеризується певним енергетичним бар'єром; для його подолання необхідна енергія активації - деяка надлишкова енергія (в порівнянні з середньою енергією молекул при даній температурі), якою повинні володіти молекули для того, щоб їх зіткнення було ефективним, тобто призвело б до утворення нової речовини. З ростом температури число активних молекул швидко збільшується, що і призводить до різкого зростання швидкості реакції.
Залежність константи швидкості реакції до від енергії активації Е а. (Дж / моль) виражається рівнянням Арреніуса
де k - константа швидкості реакції, k0 - постійна величина, яка називається частотним фактором, е - основа натуральних логарифмів, R-газова постійна, Т - абсолютна температура.