Полная версия

Главная arrow Товароведение arrow Физическая и коллоидная химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Скорость химической реакции

Скорость реакции. При взаимодействии реагентов (исходных веществ) происходит изменение количества реагирующих веществ: уменьшение количества исходных веществ и увеличение количества продуктов реакции. Количество реагирующих веществ и образовавшихся продуктов реакции взаимосвязаны стехиометрическим уравнением реакции, поэтому о скорости реакции можно судить по изменению количества любого из веществ, участвующих в реакции. Используя стехиометрические коэффициенты, можно скорость реакции по одному веществу пересчитать на скорость реакции по другому веществу.

Однако, чтобы изменение количества вещества не было безотносительным (действительно, в реакции можно использовать разные количества вещества) его относят к единице объема в случае гомогенной реакции или к единице поверхности раздела фаз — в случае гетерогенной реакции. В самом деле, происходит ли изменение массы реагирующего вещества (например, хлора при взаимодействии с водородом) в объеме пробирки или цистерны; между куском угля (или его крошкой) с кислородом — разница есть и довольно существенная. В первом случае скорость расходования вещества будет обратно пропорциональна объему, во втором — прямо пропорциональна величине поверхности. Поэтому в определении скорости реакции должно фигурировать понятие концентрации вещества, а в случае гетерогенных реакций скорость превращения следует относить и к единице поверхности раздела фаз. Л поскольку изменение количества вещества определяют во времени, его нужно относить и к единице времени.

Таким образом, общее определение скорости реакции можно сформулировать таким образом. Скорость реакции — это число элементарных актов превращения вещества, происходящих в единице объема (для гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций) за единицу времени.

Принимая во внимание, что количество вещества в единице объема — не что иное, как концентрация вещества, можно дать определение скорости реакции и так: скорость реакции — это изменение концентрации реагирующего вещества за единицу времени.

Предположим, что имеется реакция, описываемая следующим уравнением:

где А и В исходные вещества: D и F — продукты реакции; т, п, р и g — стехиометрические коэффициенты.

О скорости этой реакции можно судить по скорости уменьшения концентрации исходного вещества А или В а также по скорости увеличения (накопления) концентрации продуктов D или F.

Графически изменение концентрации веществ А и D во времени отображается зависимостями, представленными на рис. 15.2 (кривые СА и CD соответственно).

Изменение концентрации реагирующих веществ и продуктов во времени

Рис. 15.2. Изменение концентрации реагирующих веществ и продуктов во времени

Скорость химической реакции изменяется с течением времени из-за различных факторов: изменения концентрации исходных веществ, их свойств, температуры и многих других факторов. Поэтому различают среднюю и истинную скорость реакции.

Средней скоростью химической реакции называют изменение концентрации ΔС реагирующего вещества, отнесенное к конечному интервалу времени Δt, в течение которого это изменение произошло. Применительно к рассматриваемой реакции, согласно рис. 15.2, можно написать выражение для средней скорости реакции за интервал времени Δt по веществу А:

(15.1)

или по компоненту (веществу) D:

Скорость реакции принято считать положительной величиной. Отношение же Δ С/Δt. может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от соотношения концентраций в начальном и конечном моментах времени. В соответствии с этим перед выражением скорости химической реакции в общем случае принято ставить знаки "±":

Истинной скоростью реакции в данный момент времени называется изменение концентрации какого-либо компонента, отнесенное к бесконечно малому промежутку времени

(15.2)

а это — не что иное, как производная концентрации по времени.

Размерность скорости выражается в единицах концентрации, отнесенной к единице времени. Концентрацию в химической кинетике принято выражать либо числом молекул в единице объема [например, число моле- кул/см3, или просто (см 3)], либо числом молей в одном литре (моль/л).

Соответственно и скорость будет измеряться в соответствующих единицах: молекул/(см3 • с); молекул/^м3 • ч) и т.п., либо: мольДл • ч); мольДл • с) и т.д.

Истинную скорость реакции можно определить графически, проведя касательную к кинетической кривой (рис. 15.3); истинная скорость реакции в данный момент времени равна по абсолютной величине тангенсу угла наклона касательной (угловому коэффициенту в данной точке):

Рис. 15.3. Графическое определение vист

Необходимо отмстить, что в случае, если стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции неодинаковы, величина скорости реакции будет зависеть от того, изменение концентрации какого реагента определялось. Очевидно, что в реакции

концентрации водорода, кислорода и воды изменяются в различной степени.

Скорость химической реакции зависит от множества факторов: природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, природы растворителя и т.д.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>