Скорость реакции, обратимость и химическое равновесие
Кинетика изучает скорость изменения состава; равновесие описывает устойчивый состав при равенстве прямой и обратной скоростей.
Цели
- Рассчитывать среднюю скорость по концентрации и времени.
- Объяснять факторы скорости теорией столкновений.
- Описывать динамическое равновесие.
- Записывать выражение константы.
- Предсказывать влияние концентрации, давления и температуры.
1. Скорость
Средняя скорость расходования A: −Δ[A]/Δt; образования P: Δ[P]/Δt. Типичная единица — моль·л−1·с−1. Для aA → pP: r = −(1/a)Δ[A]/Δt = (1/p)Δ[P]/Δt.
Скорость обычно меняется из-за изменения концентраций. Мгновенная скорость — наклон касательной к графику концентрация–время.
2. Столкновения и энергия активации
Реакцию дают столкновения с достаточной энергией и подходящей ориентацией. Минимальный барьер — энергия активации Ea.
| Изменение | Объяснение |
|---|---|
| выше концентрация или давление газа | больше столкновений |
| выше температура | быстрее частицы и больше доля выше Ea |
| больше поверхность твёрдого тела | больше открытых участков |
| катализатор | путь с меньшей Ea |
Катализатор ускоряет обе реакции и восстанавливается. Он не меняет ΔH, K и равновесный состав.
3. Динамическое равновесие
В закрытой системе равновесие наступает при равенстве прямой и обратной скоростей. Обе реакции продолжаются. Концентрации постоянны, но не обязаны быть равными.
Kc = [C]c[D]d / ([A]a[B]b)
Чистые твёрдые вещества и жидкости не входят в Kc. K зависит от температуры. Для реакционного отношения Q: Q < K — прямое направление, Q > K — обратное, Q = K — равновесие.
4. Смещение
- Добавление реагента благоприятствует его расходованию.