Зависимость скорости реакций от давления в системе.

В тех случаях, когда среди реагирующих веществ имеются газы, скорость реакций зависит от давления в системе. При повышении давления пропорционально возрастает число молекул газа в единице объема, что эквивалентно повышению концентрации данного газа.

Пример 3. Как изменится скорость реакции 2NО + О₂ → 2NО₂ при уменьшении объема замкнутой системы в два раза при постоянной температуре?

Решение. Уменьшение объема в замкнутой системе эквивалентно пропорциональному увеличению давления, так как, согласно закону Менделеева-Клайперона РW = νRТ. (Здесь W― объем системы.)

Кинетическое уравнение данной реакции имеет вид: V = kС²_NО·СО_2.

При уменьшении объема системы в два раза и связанным с этим повышении давления в два раза концентрации реагирующих веществ тоже повышаются в два раза: С'_NО = 2С_NО С'О₂ = 2СО₂

Новая скорость реакции:

V' = kС'_NО²·С'О₂ = k(2С_NО)²·(2СО₂) = 8kС_NО²·СО₂ = 8V

Вывод. При уменьшении объема замкнутой системы в два раза при постоянной температуре скорость данной реакции повышается в 8 раз.

5. Зависимость константы скорости реакции от температуры.

Большинство реакций ускоряется при нагревании. Температура действует непосредственно на константу скорости k. Пусть V₁ ― скорость реакции при температуре Т₁, а V₂ ― скорость этой же реакции при температуре Т₂ (Т₁<Т₂). В таком случае имеет место эмпирическое правило Вант-Гоффа.

где γ – температурный коэффициент, показывающий во сколько раз повысится скорость реакции при повышении температуры на 10 ⁰С. Для большинства реакций при температурах, близких к комнатной, γ составляет величину 2-4.

Уравнение Вант-Гоффа широко используется, однако следует помнить, что оно эмпирическое приблизительное, его можно применять только для ориентировочных расчетов.

Пример 4. При 100 ⁰С некоторая реакция заканчивается за 20 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции γ = 3,5, рассчитайте, через какое время закончится реакция при 60 ⁰С

Решение. Скорость реакции, как и скорость всякого процесса, обратно пропорциональна времени проведения процесса. Следовательно, V₂/V₁ = τ₁/τ₂. Пусть Т₁, V₁иτ₁ ― параметры медленного (низкотемпературного) процесса, а Т₂, V₂иτ₂ ― параметры высокотемпературного процесса. Подставляем имеющиеся данные в уравнение Вант-Гоффа:

V₂/V₁ = 3,5^{(100 ― 60)/10} = (3,5)⁴ = 150. Так как V₂/V₁ = τ₁/τ₂ = 150,

τ₁/τ₂ = τ₁/20 τ₁ = 150·20 = 3000 мин = 50 часов.

Одним из методов ускорения химической реакции является катализ, который осуществляется при помощи веществ (катализаторов), увеличивающих скорость реакции, но не расходующихся в результате ее протекания. Как и при повышении температуры, при введении катализатора повышается константа скорости реакции. Механизм действия катализатора сводится к уменьшению величины энергии активации реакции, т.е. к уменьшению разности между средней энергией активных молекул (активного комплекса) и средней энергией молекул исходных веществ. Скорость химической реакции при этом резко повышается