Кинетика, или скорость химических реакций, представляет собой одну из самых сложных тем, с которыми сталкиваются студенты химии в старших классах и колледжах. Скорость химической реакции описывает, как концентрации продуктов и реагентов изменяются со временем. По мере прохождения реакции скорость имеет тенденцию к снижению, поскольку вероятность столкновения между реагентами становится все ниже. Поэтому химики склонны описывать реакции своей «начальной» скоростью, которая относится к скорости реакции в течение первых нескольких секунд или минут.
В общем, химики представляют химические реакции в виде
aA + bB ---> cD + dD,
где A и B представляют реагенты, C и D представляют продукты, а a, b, c и d представляют их соответствующие коэффициенты в сбалансированном химическом уравнении. Тогда уравнение скорости для этой реакции
скорость = (-1 ÷ a) d ÷ dt = (-1 ÷ b) d ÷ dt = (1 ÷ c) d ÷ dt = (1 ÷ d) d ÷ dt,
где квадратные скобки обозначают концентрацию реагента или продукта; a, b, c и d представляют коэффициенты из сбалансированных химических уравнений; и т представляет время.
Напишите сбалансированное химическое уравнение для исследуемой реакции. В качестве примера рассмотрим реакцию перекиси водорода H2O2 с разложением на воду H2O и кислород O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
«Сбалансированные» реакции содержат одинаковое количество атомов каждого типа как с левой, так и с правой стороны стрелки. В этом случае обе стороны содержат четыре атома водорода и два атома кислорода.
Построить уравнение скорости на основе уравнения, приведенного во введении. Продолжая пример с шага 1:
скорость = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 1) d ÷ dt.
Подставьте данные о концентрации и времени в уравнение из шага 2, основываясь на информации, доступной в задаче или полученной в ходе эксперимента. Например, для реакции, описанной выше, предположим, что были получены следующие данные:
время (с), (М) 0, 0,250 10, 0,226
Эти данные показывают, что через 10 секунд концентрация перекиси водорода снизилась с 0,250 молей на литр до 0,226 молей на литр. Тогда уравнение скорости становится
скорость = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = - (1 ÷ 2) (0,226 - 0,250) ÷ 10 = 0,0012 М / с.
Эта величина представляет собой начальную скорость реакции.