и, в якій проводиться реакція. Тому, чим більше концентрація реагуючих речовин, тим більше число таких зіткнень, а, отже, більше буде швидкість реакції. Таким чином, з підвищенням концентрації реагуючих речовин (с, моль/л) швидкість реакції (?) Буде збільшуватися.
Закон, що виражає залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих (тобто вихідних) речовин, називається законом діючих мас (встановлений в 1867 р), який формулюється так:
При постійній температурі швидкість гомогенної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин (причому концентрації беруться в ступенях, рівних коефіцієнтам перед формулами речовин в рівнянні реакції).
Наприклад, для гомогенної реакції: + mB ® D
закон діючих мас (тобто вираз швидкості реакції) має вигляд:
або
де?- Швидкість гомогенної реакції,
з А і з В - концентрації речовин А і В (моль/л), - коефіцієнт пропорційності, він називається константою швидкості реакції, яка характеризує реакційну здатність реагуючих речовин.
З рівняння випливає, що якщо СА=СВ=1 моль/л, то k =?, тобто константа швидкості реакції (k) чисельно дорівнює швидкості реакції (?), коли концентрації реагуючих речовин рівні 1 моль/л.
Величина константи швидкості k залежить:
від природи реагуючих речовин;
від температури (з підвищенням температури значення k збільшується);
від присутності каталізатора.
Величина константи швидкості k не залежить від концентрації реагуючих речовин.
Для гетерогенної реакції, наприклад:
С (тв) + О 2 (г) ® СО 2 (г)
вираз швидкості реакції буде мати вигляд:
При цьому концентрація твердого вуглецю буде практично постійною величиною, тому на швидкість реакції впливати не буде і тому у вираз швидкості реакції не входить.
3. Залежність швидкості реакції від температури. Енергія активації
При підвищенні температури швидкість більшості реакцій збільшується. Залежність швидкості реакції від температури можна зобразити на графіку:
Однак деякі реакції зі збільшенням температури сповільнюються, наприклад, реакції за участю ферментів. При підвищенні температури фермент зменшує свою каталітичну активність, тому швидкість реакції теж зменшується.
Залежність швидкості реакції від температури можна виразити за допомогою наближеного правила Вант-Гоффа (1884 г.), яке свідчить:
При підвищенні температури на кожні 10 ° швидкість більшості реакцій збільшується в 2 - 4 рази, тобто:
хімічна реакція швидкість
,
де? t - швидкість реакції при температурі t;
? t + 10 - швидкість реакції при температурі t + 10, тобто на 10 ° більше;
g - температурний коефіцієнт швидкості реакції (він показує у скільки разів зростає швидкість реакції (або константа швидкості) при підвищенні температури на 10 °.
Якщо температура підвищилася не на 10 °, а змінилася з t1 до t2, то правило Вант-Гоффа записується так:
Звідси:
Правило Вант-Гоффа - наближене правило. Точну залежність константи швидкості реакції (k) від температури (Т) висловлює рівняння Арреніуса (1889):
,
де А - постійна величина для даної реакції; - основа натурального логарифма;- 8,314 Дж/моль? К - газова стала;
Е - енергія активації реакції.
Рівняння Арреніуса можна записати в логарифмічній формі:
З рівняння Арреніуса випливає, що зі збільшенням температури (Т) значення константи швидкості (k) збільшується. І, навпаки, чим більше енергія активації реакції (Е), тобто, чим вище енергетичний бар'єр, тим менше значення k.
У 1889 р Арреніус створив теорію активних (ефективних) зіткнень (зіткнень). За цією теорією до хімічної взаємодії будуть приводити лише зіткнення активних частинок, тобто частинок (молекул, іонів та ін.), Які в момент зіткнення один з одним володіють деяким надлишком енергії в порівнянні з середньою енергією всіх початкових частинок реагуючих речовин. Цей надлишок енергії активних частинок (в порівнянні з середньою енергією всіх частинок) називається енергією активації, яка входила в рівняння Арреніуса (див. Вище).
На малюнку на осі ординат відкладена потенційна енергія системи, а по осі абсцис відкладений шлях реакції, тобто перетворення вихідних речовин А і В у продукти реакції АВ.
Еісх.- Середня енергія всіх початкових частинок А і В;
Екон.- Середня енергія частинок АВ, тобто пр...
