Действующих масс закон

д

ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС ЗАКОН устанавливает, что скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, причем выражения концентраций берутся в степени, соответствующей числу реагирующих, согласно химическому (стехиометрическому) уравнению, молекул. Имея такое уравнение в общем виде

Deystv mass zakon 1

и обозначив через [A1] концентрацию в данный момент времени t вещества A1, через [А2] - концентрацию вещества А2, через n1, n2 и т. д. - число молекул отдельных исходных продуктов и через m1, m2 и т. д. - число молекул, образующихся при реакции продуктов, получим для скорости реакции (количества вещества, реагирующего в единицу времени в единице объема) для процесса, протекающего по уравнению (1) слева направо:

Deystv mass zakon 2

где k - константа скорости реакции - коэффициент, не зависящий уже от концентрации, а зависящий только от природы реагирующих веществ; этот коэффициент изменяется с изменением температуры, давления и от присутствия катализаторов. Обозначив концентрацию вещества в данный момент [А] через С0 — С (где С0 - начальная концентрация, а С - количество вещества, уже прореагировавшего ко времени t), получим выражение:

Deystv mass zakon 3

которое, будучи проинтегрировано, дает зависимость между количеством прореагировавшего вещества и временем, протекшим от начала реакции. Подставляя значения n и А для частных случаев, получаем соответствующие уравнения для данной реакции; тогда некоторые значения n превращаются в 0, и уравнение значительно упрощается. Особенно важно применение закона действующих масс к обратимым реакциям, т. е. таким, которые по уравнению (1) протекают не только слева направо, но и справа налево, так что в конце реакции устанавливается подвижное равновесие, сдвинутое в ту или другую сторону.

Написав подобно уравнению (2) уравнение для скорости противоположной реакции

Deystv mass zakon 4

и имея в виду, что при равновесии скорости прямой и обратной реакции д. б. одинаковы (равновесие - подвижное, поэтому, сколько образуется продуктов реакции, столько же должно разлагаться обратно образовавшихся продуктов), получаем:

Deystv mass zakon 5

откуда

Deystv mass zakon 6

Постоянная К носит название константы равновесия и численно равна отношению констант скоростей реакции для прямого и обратного процесса. Очевидно, что в применении к конкретным случаям уравнение (6) часто, подобно уравнению (3), также значительно упрощается. Уравнение (6) позволяет решать большое число практических задач. Из него следует, что протеканию реакции по уравнению (1) слева направо препятствует избыток продуктов реакции, так как увеличивается числитель уравнения (6) и, следовательно, должен увеличиваться и знаменатель, т. е. концентрация исходных веществ возрастает. Наоборот, удаление продуктов реакции (выпадение в осадок, выделение в виде газа и образование слабо электролитически диссоциированных молекул) способствует преимущественному протеканию реакции в прямом направлении. Прибавление избытка хотя бы одного из исходных веществ ведет к увеличению концентрации продуктов реакции. Зная величину К, можно количественно рассчитать соответствующие данным концентрациям положения равновесия и выбрать наилучшие условия для протекания данной реакции в желательном направлении, а это имеет огромное значение для техники. Большое значение имеет приложение уравнения (6) к явлениям диссоциации электролитической и к ионным равновесиям в растворах, что находит большое применение и в химическом анализе. В случае кислот и оснований, когда имеются равновесия:

Deystv mass zakon 7

где А' - анион кислоты и В - катион основания, величина К определяет силу кислот и оснований. Найдя К из определений равновесия при различных температурах, имеем возможность на основании уравнения изохоры получить значение теплового эффекта реакции.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.