8.2. Влияние концентрации на скорость реакции

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действующих масс для скорости химической реакции (К. Гульдберг и П. Вааге).

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов, возведенных в некоторые степени.

Для реакции аА + bВ  Х кинетическое уравнение согласно закону действующих масс имеет вид:

v = k ^. [A]^{m .} [B]ⁿ, (16)

где v - скорость химической реакции; [A], [B] - молярные концентрации, соответственно, веществ А и В; k - коэффициент пропорциональности, иначе константа скорости реакции.

При [A]=[B]=1 моль/л скорость химической реакции (v) равна ее константе (k), которая зависит от природы реагирующих веществ, температуры, катализатора, но не зависит от концентрации веществ.

Степени m и n - экспериментально находимые величины, именуемые порядками химической реакции. Числа m и n - частные порядки реакции по веществам A и В, их сумма - общий порядок реакции. Порядки реакции показывают, как именно ее скорость зависит от концентрации. Только в случае одностадийных процессов (в последующем при решении задач будем считать все процессы одностадийными) величины m и n равны стехиометрическим коэффициентам реакции (m = a, n = b):

2NO + O₂  2NO₂ v = k ^. [NO]^{2 .} [O₂]

Чаще всего m  a, n  b, так как большинство реакций проходит по сложному многостадийному механизму. В частности, ферментативная реакция биологического окисления глюкозы проходит в 38 стадий.

С₆H₁₂O₆ + 6O₂  6CO₂ + 6H₂O

Исходя из вышесказанного очевидно, что кинетическое уравнение не отражает механизма реакций. Оно применимо только к каждой отдельной стадии процесса. Кинетическое уравнение суммарной реакции определяется ходом самой медленной (лимитирующей) стадии процесса.

Следует отметить, что основной закон химической кинетики не учитывает концентрации веществ, находящихся в твердом состоянии, так как они реагируют только на поверхности, которая остается неизменной, и следовательно, концентрации остаются примерно постоянными. Величина площади поверхности учитывается в константе скорости реакции.

С_(тв.) + O_2(газ)  СO_2(газ) v = k [O₂]