WikiSort.ru - Не сортированное

Зако́н де́йствующих масс устанавливает соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях при равновесии, а также зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ. Закон действующих масс открыли в 1864 году норвежские ученые К.Гульдберг (1836-1902) и П.Вааге (1833-1900).

Закон действующих масс в химической кинетике

Закон действующих масс в кинетической форме (основное уравнение кинетики) гласит, что скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции^[1]. Это положение сформулировано в 1867 году норвежскими учёными К. Гульдбергом и П. Вааге. Для элементарной химической реакции:

${\displaystyle \nu _{1}\mathrm {A} _{1}+\nu _{2}\mathrm {A} _{2}+\nu _{3}\mathrm {A} _{3}\rightarrow \mathrm {B} }$

закон действующих масс может быть записан в виде кинетического уравнения вида:

${\displaystyle v=kC_{A_{1}}^{\nu _{1}}C_{A_{2}}^{\nu _{2}}C_{A_{3}}^{\nu _{3}}}$

где ${\displaystyle v}$  — скорость химической реакции, ${\displaystyle k}$  — константа скорости реакции.

Для сложных реакций в общем виде это соотношение не выполняется. Тем не менее, многие сложные реакции условно можно рассматривать как ряд последовательных элементарных стадий с неустойчивыми промежуточными продуктами, формально эквивалентный переходу из начального состояния в конечное в «один шаг». Такие реакции называют формально простыми^[2]. Для формально простых реакций кинетическое уравнение может быть получено в виде:

${\displaystyle v=kC_{A_{1}}^{n_{1}}C_{A_{2}}^{n_{2}}C_{A_{3}}^{n_{3}}}$

(для трех исходных веществ, аналогично приведённому выше уравнению). Здесь ${\displaystyle n_{1}}$ , ${\displaystyle n_{2}}$ , ${\displaystyle n_{3}}$  — порядок реакции по веществам ${\displaystyle A_{1}}$ , ${\displaystyle A_{2}}$ , ${\displaystyle A_{3}}$ соответственно, а сумма ${\displaystyle n=n_{1}+n_{2}+n_{3}}$  — общий (или суммарный) порядок реакции. ${\displaystyle n_{1}}$ , ${\displaystyle n_{2}}$ , ${\displaystyle n_{3}}$ могут быть не равны стехиометрическим коэффициентам и не обязательно целочисленные. ${\displaystyle n}$ при определённых условиях может быть равно и нулю.

Закон действующих масс в химической термодинамике

В химической термодинамике закон действующих масс связывает между собой равновесные активности исходных веществ и продуктов реакции, согласно соотношению:

${\displaystyle K_{a}=\prod _{i=1}^{n}a_{i}^{{\nu }_{i}}}$

где

${\displaystyle a_{i}}$  — активность веществ. Вместо активности могут быть использованы концентрация (для реакции в идеальном растворе), парциальные давления (реакция в смеси идеальных газов), фугитивность (реакция в смеси реальных газов);

${\displaystyle {\nu }_{i}}$  — стехиометрический коэффициент (для исходных веществ принимается отрицательным, для продуктов — положительным);

${\displaystyle K_{a}}$  — константа химического равновесия. Индекс «a» здесь означает использование величины активности в формуле.

На практике в расчётах, не требующих особой точности, значения активности обычно заменяются на соответствующие значения концентраций (для реакций в растворах) либо парциальных давлений (для реакций между газами). Константу равновесия при этом обозначают ${\displaystyle K_{c}}$ или ${\displaystyle K_{p}}$ соответственно. Впервые закон действующих масс был выведен из кинетических представлений Гульдбергом и Вааге, а термодинамический вывод его дан Вант-Гоффом в 1885 году^[3].

Пример: для стандартной реакции

${\displaystyle \mathrm {a\,A+b\,B\ \rightleftharpoons \ c\,C+d\,D} }$

константа химического равновесия определяется по формуле

${\displaystyle K_{c}={c^{\mathrm {c} }(\mathrm {C} )\cdot c^{\mathrm {d} }(\mathrm {D} ) \over c^{\mathrm {a} }(\mathrm {A} )\cdot c^{\mathrm {b} }(\mathrm {B} )}}$

Литература

1. ↑ Краснов К. С., Воробьев Н. К., Годнев И. Н. и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1995. — 319 с. — ISBN 5-06-002914-X
2. ↑ Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов/Под ред. А. Г. Стромберга. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1988. — 496 с.
3. ↑ Краснов К. С., Воробьев Н. К., Годнев И. Н. и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 1. Строение вещества. Термодинамика: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1995. — 512 с. — ISBN 5-06-002913-1