5. Скорость химических реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Закон действующих масс. Константа скорости химической реакции и ее физический смысл.

Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в

реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема фазы:

v _{г о м} = ∆n/V*∆τ

Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего

в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице площади поверхности фазы:

v _{г е т} = ∆n/S*∆τ,

где S– площадь поверхности раздела фаз.

К важнейшим факторам, влияющим на скорость гомогенной реакции, являются

следующие: природа реагирующих веществ, их концентрации, температура, присутствие

катализаторов.

Скорость реакции пропорциональна числу соударений, которые претерпевают молекулы реагирующих веществ. Число соударений тем больше, чем выше концентрация каждого из исходных веществ. Например, скорость реакции A + B →C пропорциональна произведению концентраций А и В:

v= k⋅[A]⋅[B] ,

где k– коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции. По

смыслу величина k равна скорости реакции для случая, когда концентрации реагирующих

веществ равны 1 моль/л.

Это соотношение выражает закон действия масс: при постоянной температуре

скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. В уравнении закона действия масс для гетерогенной реакции концентрация твердой фазы не учитывается.

Закон действующих масс:

Скорость химических реакций пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов.

6. Влияние температуры на скорость химической реакции, правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса.

Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их

столкновение могло привести к образованию нового вещества, называется энергией активации.

С ростом температуры число активных молекул возрастает. Следовательно, скорость химической реакции должна увеличиваться с ростом температуры. Возрастание

скорости реакции при нагревании принято характеризовать температурным коэффициентом скорости реакции (γ)– числом, показывающим, во сколько раз возрастает скорость данной реакции при повышении температуры на 10 градусов. Математически эта

зависимость выражается правилом Вант-Гоффа:

v₂=v₁*γ^t2-t1/10

где v1– скорость при температуре t1; v2– скорость при температуре t2. Для большинства реакций температурный коэффициент γ лежит в пределах от 2 до 4.

Более строго зависимость скорости реакции (а точнее, константы скорости) от

температуры выражается уравнением Аррениуса:

k = A*e^{- Ea/RT}= A*exp(-Ea/RT)

где A– предэкспоненциальный множитель, зависящий только от природы реагирующих

веществ; Ea – энергия активации, представляющая собой высоту энергетического барьера,

разделяющего исходные вещества и продукты реакции (см. рисунок 2.1); R– универсальная газовая постоянная; T– абсолютная температура.

Снижение энергии активации по каким-либо причинам, согласно уравнению Аррениуса, приводит к увеличению скорости реакции.