Влияние различных факторов на скорость химической реакции
Скорость химической реакции зависит от различных факторов, прежде всего от природы реагирующих веществ. Под природой реагирующих веществ понимают тип химических связей в молекулах реагентов, прочность связей, строение кристаллической решётки, строение электронной оболочки атома, прочность связывания внешних электронов и др. Кроме того, на скорость реакции существенно влияют концентрация реагентов, температура, давление, катализатор, степень перемешивания веществ.
Законы химической кинетики основаны на двух принципах (постулатах):
скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагентов;
суммарная скорость нескольких последовательных превращений, широко различающихся по скорости, определяется скоростью наиболее медленной стадии.
Влияние концентрации взаимодействующих веществ
Функциональная зависимость скорости химической реакции от концентраций компонентов
называется кинетическим уравнением реакции.
В химической кинетике принято делить химические реакции на элементарные (одностадийные) и неэлементарные (сложные).
Элементарные реакции связаны с преодолением одного энергетического барьера при переходе от исходных веществ к продуктам реакции. Механизм такой реакции соответствует её стехиометрическому уравнению.
Кинетическое уравнение необратимой элементарной реакции
aA + bB → rR + sS
в соответствии с первым постулатом, основанном на законе действующих масс, имеет вид
(3.4)
где k – константа скорости химической реакции; a и b – порядки реакции по реагентам соответственно А и В. Их сумма a + b = n называется общим порядком реакции. Для элементарных реакций частные порядки (порядки реакций по отдельным реагентам) равны соответствующим коэффициентам в уравнении реакции.
Сложную реакцию иногда удобно рассматривать как формально простую, т.е. считать, что она протекает в одну, а не в несколько стадий. Так можно поступить, если в условиях рассматриваемой задачи промежуточные продукты не обнаруживаются. Для формально простой реакции
aA + bB + dD → rR + sS + qQ
кинетическое уравнение можно записать в следующем виде:
где частные порядки α, β и δ находят экспериментально. В общем случае α≠a, β≠b и δ≠d, т.е. молекулярность и порядок реакции не совпадают.
Наряду с неэлементарными реакциями, которые можно рассматривать как формально простые, существует много сложных реакций, которые явно распадаются на стадии (продукты различных стадий образуются в значительных количествах). Простейшими типами сложных реакций являются параллельные и последовательные. В качестве примера параллельных реакций можно привести окисление аммиака, продуктами которых могут бать или оксид азота (II) NO, или оксид азота (I) N2O , или азот N2. В последовательных реакциях продукт первой реакции является реагентом для второй и т.д. Примером таких реакций могут служить реакции расщепления углеводородов с длинной углеродной цепочкой на более мелкие молекулы.
В случае, если известен механизм сложной реакции (элементарные стадии, через которые она протекает), то
скорость реакции по одному из веществ – её участников – равна алгебраической сумме скоростей тех элементарных стадий, в которых это вещество принимает участие.