Chapter 13: Chemical Kinetics

Back to chapter

13.1:

Скорость реакции

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Reaction Rate

Next Video
13.2: Measuring Reaction Rates

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Химическая реакция включает химическое превращение исходных веществ в продукты реакции. По мере течения реакции концентрация исходных веществ уменьшается, а концентрация продуктов увеличивается. Это изменение концентраций исходных веществ и продуктов реакции может быть отображено на графике как функция времени.Скорость, с которой протекает реакция, называется скоростью реакции. Она выражается в скорости исчезновения исходных веществ или скорости появления продуктов и выражается в единицах молярности в секунду. Среднюю скорость реакции можно рассчитать по изменению концентраций исходных веществ или продуктов реакции в течение определенного периода времени.Значение молярной концентрации указано в скобках, t обозначает период времени, а символ дельта обозначает изменение”Поскольку во время химической реакции количество исходных веществ уменьшается, величина изменения концентрации исходных веществ всегда отрицательна. Следовательно, скорость реакции, рассчитанная с точки зрения исходных веществ, дополняется знаком минус, чтобы общее значение было положительным. Скорость реакции неоднородна на протяжении всей реакции.Скорость в начале реакции, в нулевой момент времени”называется начальной скоростью реакции. По мере уменьшения концентрации исходных веществ скорость реакции снижается, или реакция замедляется. Скорость реакции в данный момент времени или мгновенная скорость реакции измеряется путем вычисления наклона касательной к кривой реакции для исходных веществ или продуктов реакции в интересующий момент времени.Величина наклона или мгновенная скорость в определенный момент времени одинаковы для всех исходных веществ и продуктов реакции. Скорость химической реакции также отражает фактические стехиометрические коэффициенты исходных веществ и продуктов реакции. Таким образом, для любой сбалансированной реакции, где a”моль вещества A реагируют с b”моль вещества B, образуя c”моль вещества C и d”моль вещества D, скорость реакции может быть выражена и рассчитана с использованием общей формулы:минус 1/a умножить на изменение концентрации исходного вещества A со временем, равная минус 1/b умножить на изменение концентрации исходного вещества B со временем.Эти значения такие же, как изменение концентрации продукта C со временем, кратное плюс 1/c, что совпадает с изменением концентрации продукта D со временем, кратное плюс 1/d. Определение скорости реакции имеет фундаментальное значение для изучения химической кинетики, которая помогает понять, насколько быстро действует лекарство, катализатор или синтетическая реакция, чтобы их можно было лучше контролировать и оптимизировать в их функциях.

13.1:

Скорость реакции

Скорость реакции — это изменение количества реагент или продукта за единицу времени. Таким образом, скорость реакции определяется путем измерения зависимости времени от некоторого имущества, которое может быть связано с реагент или количеством продукта. Например, скорость реакций, которые потребляют или производят газообразные вещества, удобно определяется путем измерения изменений объема или давления.

Математическое представление изменения концентрации реагенты и продуктов со временем является выражением скорости реакции. В скобках указаны молярные концентрации, а в символе дельта (Δ) – “изменение”.

Например, концентрация перекиси водорода, H2O₂, в водном растворе раствор со временем меняется медленно, так как разлагается в соответствии с уравнением:

Скорость разложения перекиси водорода может быть выражена с точки зрения скорости изменения ее концентрации:

Таким образом, [H2O₂]_t1 представляет собой молярную концентрацию перекиси водорода во время t1; аналогично, [H2O₂]_t2 представляет молярную концентрацию перекиси водорода в более позднее время t2; и Δ[H2O₂] представляет изменение молярной концентрации перекиси водорода в течение временного интервала Δt (то есть t2 – t1). Поскольку концентрация реагент снижается по мере реакции, Δ[H2O₂] является отрицательным количеством. Скорость реакции, по условным данным, является положительной, поэтому это отрицательное изменение концентрации умножается на -1.

Средняя скорость реакции и мгновенная скорость реакции

Скорость реакции меняется со временем и уменьшается по мере поступления реакции. Среднюю скорость реакции за временной интервал можно рассчитать с помощью концентраций в начале и конце этого периода, в течение которых скорость реакции изменяется. В любой конкретный момент скорость, с которой происходит реакция, называется мгновенной скоростью. Мгновенная скорость реакции при “нулевом времени”, когда начинается реакция, является ее начальной скоростью.

Мгновенная скорость реакции может быть определена одним из двух способов. Если экспериментальные условия позволяют измерять изменения концентрации за короткие промежутки времени, то вычисление средних значений обеспечивает достаточно хорошие приближения мгновенных значений. В качестве альтернативы можно использовать графическую процедуру. Например, в примере разложения перекиси водорода путем построения графика концентрации перекиси водорода в зависимости от времени, мгновенная скорость разложения H2O₂ может быть вычислена в любое время “t” от уклона касательной, нарисованного на кривой в то время.

На этом графике показана зависимость концентрации от времени для 1.000 M раствор H2O₂. Скорость в любое время равна отрицательному уклону линии, касательной к кривой в то время. Касательные показаны на t = 0 ч (“начальный расход”) и на t = 12 ч (“мгновенный расход” при 12 ч).

Относительные скорости реакции

Скорость реакции может быть выражена как изменение концентрации любого реагент или продукта. Для любой заданной реакции эти выражения скорости связаны друг с другом в соответствии со стехиометрией реакции. Скорость общей реакции AA ⟶ BB может вырасти с точки зрения снижения концентрации A или увеличения концентрации B. эти два выражения скорости связаны со стехиометрией реакции, где:

Обратите внимание, что знак «минус» был включен в качестве фактора для учета противоположных признаков двух изменений суммы (сумма реагент уменьшается при увеличении объема продукта).

Этот текст был адаптирован к Openstax, Химия 2е изд., Chapter 12 Introadtion и Openstax, Химия 2е изд., раздел 12.1: Chemical Reaction Rates.