Влияние природы реагирующих веществ

Реакция протекает в направлении разрушения менее прочных связей и образования веществ с более прочными связями.

Реакция водорода с фтором при комнатной температуре протекает практически мгновенно с взрывом , с бромом медленно даже при нагревании , c кислородом (О₂) – при комнатной температуре не протекает, а при 700⁰С проходит быстро с взрывом (2Н₂+О₂=2Н₂О).

Влияние концентрации.

С увеличением концентрации чаще происходят столкновения молекул реагирующих веществ – скорость возрастает. Эта зависимость описывается основным кинетическим уравнением. Для гомогенной системы скорость необратимой реакции аА+вВ®сС+dД равна:

,

где С_А и С_В – молярные концентрации взаимодействующих веществ; k – константа скорости прямой реакции; и – коэффициенты, называемые порядком реакции по веществам А и В.

Общий порядок реакции (n) определяется как сумма порядков реакции по каждому реагенту:

Для простых гомогенных реакций, протекающих в однородной среде в одну стадию, порядок реакции по компонентам совпадает со стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации в этом случае выражается законом действующих масс, по которому скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов.

.

Физический смысл константы скорости химической реакции в том, что она численно равна скорости реакции при концентрации реагирующих веществ 1 моль/л. Константа скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не зависит от концентрации реагентов.

Для гетерогенных реакций (протекающих на границе раздела фаз) концентрация твердой фазы, как величина постоянная, в выражение скорости реакции не входит.

Например, для реакции S_(T) + O_2(Г) = SO_2(Г) закон действующих масс для прямой реакции запишется так:

.

Влияние температуры.

Необходимым условием взаимодействия молекул является их столкновение. Но не все столкновения молекул эффективны и приводят к образованию продуктов реакции. Среди всех молекул, имеющихся в системе, можно выделить активные молекулы. Эти молекулы обладают определенной энергией, достаточной для того, чтобы их столкновения были эффективными. Поскольку кинетическая энергия молекулы растет с повышением температуры (следствие увеличения скорости теплового движения молекулы), число активных молекул в общей их массе возрастает при возрастании температуры.

Правило Вант–Гоффа: скорость большинства химических реакций при увеличении на 10 К увеличивается в 2–4 раза.

, где и – скорости реакции при температурах – температурный коэффициент, значение которого для многих реакций лежит в пределах 2-4.

Это уравнение можно записать и через константы скоростей химических реакций:

где и – константы скоростей реакции при температурах и .

Уравнение Аррениуса устанавливает более точную зависимость константы скорости химической реакции от температуры:

где – константа скорости реакции; – предэкспоненциальный множитель, учитывающей вероятность столкновения частиц; е–основание натурального логарифма; R–универсальная газовая постоянная; Т–температура; – энергия активации.

Энергия активации – это тот избыток энергии по сравнению со средней энергией молекул при данной температуре, которым должны обладать молекулы реагирующих веществ, чтобы они могли вступить в химическую реакцию.

Энергия активациитратится на преодоление межмолекулярных взаимодействий, на преодоление сил отталкивании между электронными оболочками реагирующих частиц при их сближении, на ослабление химических связей внутри реагирующих частиц и т.д.

Чем больше величина энергии активации реакции, тем сильнее зависит скорость этой реакции от температуры.

После математических преобразований уравнение Аррениуса принимает вид:

где и – константы скоростей химических реакций при температурах и .