Концентрация реагентов

Очевидно, что чем больше концентрация любого из реагентов, тем чаще происходят элементарные акты реакции при любой ее молекулярности. Количественная зависимость между скоростью реакции и концентрацией реагентов была выведена экспериментально. Норвежские ученые П.Вааге и К.Гульдберг в 1867 году предложили математическое выражение этой зависимости, которое известно под названием закон действующих масс:

V = κ ^.[A]^{n .}[B]^m для реакции nA + mB → pC + qD, где n и m – порядки реакции по реагентам А и В, которые для простых реакций равны стехиометрическим коэффициентам. Параметр κ называется константа скорости химической реакции. Это коэффициент пропорциональности между скоростью реакции и произведением молярных концентраций реагентов в соответствующих степенях. Можно также сказать, что константа скорости реакции равна скорости реакции при концентрациях всех реагентов, равных 1 моль/л. Этот параметр называется константой только потому, что он не зависит от концентраций. Он зависит от температуры и от присутствуюшего катализатора. Размерность константы скорости зависит от общего порядка реакции (m + n). Например, для реакции первого порядка она равна с^-1.

Из закона действующих масс вытекает несколько важных следствий:

а) Любая реакция со временем замедляется, так как реагенты расходуются, и действующая концентрация уменьшается.

б) Скорость реакции с газообразными реагентами увеличивается с увеличением давления. Этот факт становится очевидным, если вспомнить, что объем газа уменьшается пропорционально увеличению давления. Уменьшение объема при сохранении количества вещества ведет к увеличению концентрации, при этом скорость реакции возрастает. Жидкости и твердые вещества практически несжимаемы, поэтому в жидкой и твердой фазах скорости реакции при изменении давления остаются постоянными.

в) Если один из реагентов находится в большом избытке по сравнению с другими, то его концентрация сохраняется практически постоянной. Ее можно внести в константу скорости, и по закону действующих масс реакция проявляет псевдоменьший порядок, чем в действительности. К таким реакциям, например, относятся реакции гидролиза, в которых одним из реагентов является растворитель – вода. Обычно концентрация растворителя намного больше, чем концентрация растворенного вещества. Поэтому получается, что скорость гидролиза зависит только от концентрации растворенного вещества, хотя молекулы воды, безусловно, участвуют в элементарном акте процесса гидролиза.

г) Скорость реакции в гетерогенной системе не зависит от концентрации чистых веществ, плотность вещества, выраженная в соответствующих единицах. Эта постоянная величина, как и в случае избытка реагента, входит в константу скорости, и остается только зависимость от концентрации газообразных и растворенных реагентов.