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.
