Хімічна кінетика

Закон діючих масc

Швидкість реакції в момент τ – миттєва швидкість V τ – підпорядковується закону мас, що діють, який був експериментально відкритий і теоретично обґрунтований у середині XIX століття і отримав свою назву від терміна «діюча маса» – синоніма сучасного поняття «концентрація».

Розглянемо взаємодію молекули А з молекулою У певному обсязі (рис. 5.1).

Схема взаємодії А та В (до висновку ЗДМ).

Нехай реакція відбувається у певній точці R через попереднє взаємодії зіткнення. Якщо молярні концентрації речовин А і В виразити через їх символи в квадратних дужках, то ймовірність знаходження речовин А в точці R буде пропорційна [A], тобто A = α[A]. Імовірність ω B знаходження речовини у цій точці дорівнює ω B = β[B], а ймовірність їх одночасної присутності в точці R (точці зіткнення) дорівнює добутку ω A∙ω В = α[A]∙β[B]. Оскільки лише частина зіткнень призводить до хімічної реакції, то швидкість реакції утворення АВ дорівнює V AB = γ∙α[A]∙β[B] = γαβ[A][B]. Позначивши γ·α·β = k, отримуємо реакції A + B, V AB = k [A] [B]

Коефіцієнт пропорційності називаютьконстантою швидкості. Очевидно, для реакції aA + bB, тобто для молей речовини А і b молей речовини В ЗДМ формально запишеться у вигляді

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у ступенях їх стехіометричних коефіцієнтів. Це визначення відноситься до гомогенних реакцій. Якщо реакція геторогенна (реагенти перебувають у різних агрегатних станах), то рівняння ЗДМ входять лише рідкі чи лише газоподібні реагенти, а тверді виключаються, впливаючи лише з константушвидкості k. Константа швидкості k чисельно дорівнює швидкості, якщо концентрації реагентів постійні та рівні одиниці.

Модель 5.1. Швидкість хімічних реакцій.

Закон мас, що діють, безумовно виконується тільки для елементарних хімічних реакцій, що протікають в одну стадію. В інших випадках фактична та обчислена згідно із законом діючих мас швидкості збігаються рідко.