Скорость химических реакций

Скорость химической реакции равна изменению количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства.

В зависимости от типа химической реакции (гомогенная или гетерогенная) меняется характер реакционного пространства. Гомогенной реакцией называется реакция, протекающая в однородной среде (в одной фазе). Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз, например твердой и жидкой, твердой и газообразной.

Реакционным пространством гомогенных реакций является объем, заполненный реагентами. Так как отношение количества вещества к единице объема есть концентрация, то скорость гомогенной реакции равна изменению концентрации исходных веществ или продуктов реакции во времени.

Средняя скорость реакции

n = (С₂ – С₁)/(t₂ –t₁) = -DC/Dt, (3.14)

где С₂ и С₁ - соответственно концентрации исходных веществ в моменты времени t₂ и t₁.

Знак минус означает, что концентрация исходного вещества уменьшается.

Скорость реакции в СИ имеет размерность моль×м^-3×с^-1.

На скорость реакции влияют многие факторы: концентрация реагентов, температура, катализаторы, внешние воздействия (пластичная деформация, излучения и др.).

Скорость необратимой реакции

bB + dD = lL + mM

равна

n = К×С_В^nв×C_D^nD, (3.15)

где К – константа скорости реакции;

n_в и n_D – коэффициенты, называемые порядками реакции по веществам В и D.

Уравнение (3.15) называется кинетическим уравнением химической реакции.

Константа скорости К не зависит от концентрации реагентов, но зависит от их природы и температуры.

Теоретически предсказать порядок реакции трудно, поэтому его определяют экспериментально.

К числу особенностей кинетики гетерогенных реакций относятся следующие:

на скорость гетерогенных реакций, идущих на поверхности раздела фаз, влияет площадь реакционной поверхности S и скорость гетерогенной реакции

n = К×С×S, (3.16)

где С – концентрация реагента (газообразного или жидкого).

Если в реакции непосредственно участвует твердое вещество, то в кинетическое уравнение не входит его концентрация, так как она постоянна. Единица измерения скорости моль×с^-1, константы скорости м×с^-1;

скорость гетерогенной химической реакции зависит от скорости подвода реагента в зону химической реакции.

Наибольшее изменение концентрации реагента происходит в тонком слое около реакционной поверхности, называемом диффузионным слоем. Перенос вещества в этом слое происходит в основном за счет диффузии.

Скорость обратимой реакции определяется разностью скоростей прямой и обратных реакций.