Определение константы скорости химической реакции

 

Скорость химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Среднюю скорость реакции в промежутке времени от t₁ до t₂ рассчитывают следующим образом:

, (1)

где с₁ и с₂ – концентрация вещества в моменты времени t₁ и t₂ соответственно.

Знак плюс берется при расчете скорости по продукту реакции, так как в ходе реакции концентрация продукта возрастает, с₂> с₁, Dс>0.

Знак минус берется при расчете скорости по одному из исходных реагентов, концентрация его при протекании реакции убывает, с₂< с₁, Dс<0.

Мгновенная скорость, т.е. скорость реакции в данный момент времени и соответственно при данной концентрации с, есть

(2)

Значение концентрации в выражении для скорости берется в моль/м³ либо в моль/дм³ (моль/л), время – в секундах, минутах, часах, следовательно скорость химической реакции измеряется в моль/(л×с), моль/(л×мин) и т.п.

Скорость химической реакции зависит от природы и концентрации реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора, площади соприкосновения (для гетерогенных реакций). Для всякой химической реакции зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ выражается законом действующих масс:

, (3)

где С_i – концентрация i-го реагента. Показатель степени при концентрации называется порядком реакции по i-му веществу. Сумма показателей степеней при концентрациях всех веществ в законе действующих масс называется порядком реакции (его также называют общим или суммарным). Для простых реакций показатель степени совпадает со стехиометрическим коэффициентом в уравнении реакции. Коэффициент пропорциональности k в законе действующих масс называется константой скорости. Константа скорости химической реакции является характеристикой каждой конкретной реакции, зависит от температуры и не зависит от концентраций.

Уравнения, связывающие скорость химической реакции с концентрациями, а также выражающие зависимость концентраций от времени, называются кинетическими уравнениями (см. таблицу).

Для определения численного значения константы скорости необходимо тем или иным методом определить концентрацию реагирующего вещества в различные моменты времени и подставить эти значения в выражение для константы скорости (см. таблицу). Константу скорости можно также найти графически.

Важнейшей кинетической характеристикой является период полураспада (t_1/2) – время, в течение которого превращению подвергается половина взятого вещества. В приведенных в таблице уравнениях: С₀ – начальная концентрация вещества, С – концентрация этого вещества в момент времени t.

Таблица 5.1