Константа скорости реакции


Константа скорости реакции (удельная скорость реакции) — коэффициент пропорциональности k {displaystyle k} в кинетическом уравнении реакции.

Так, реакция ν 1 A 1 + ν 2 A 2 + ν 3 A 3 → B {displaystyle u _{1}mathrm {A} _{1}+ u _{2}mathrm {A} _{2}+ u _{3}mathrm {A} _{3} ightarrow mathrm {B} } описывается следующим кинетическим уравнением:

v = k [ A 1 ] ν 1 [ A 2 ] ν 2 [ A 3 ] ν 3 {displaystyle v=k[A_{1}]^{ u _{1}}[A_{2}]^{ u _{2}}[A_{3}]^{ u _{3}}} , где: v {displaystyle v} — скорость химической реакции, равная d [ B ] d t {displaystyle {frac {d[B]}{dt}}} , k {displaystyle k} — константа скорости реакции, [ A 1 ] {displaystyle [A_{1}]} … [ A 3 ] {displaystyle [A_{3}]} — концентрации реагентов A 1 {displaystyle A_{1}} — A 3 {displaystyle A_{3}} , ν 1 {displaystyle u _{1}} … ν 3 {displaystyle u _{3}} — соответствующие этим реагентам стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Из этого виден физический смысл константы скорости реакции: она численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ, равной 1 моль/л (в случае стехиометрических коэффициентов, равных 1).

Константа скорости реакции зависит от температуры (уравнение Аррениуса), от природы реагирующих веществ, от катализатора, но не зависит от их концентрации.

Для реакции вида 2 A + 2 B → 3 C + D {displaystyle 2A+2B o 3C+D} скорость образования продуктов реакции и скорость расходования реагентов могут быть представлены как:

v = d [ A ] 2 d t = d [ B ] 2 d t = d [ C ] 3 d t = d [ D ] d t {displaystyle v={frac {d[A]}{2dt}}={frac {d[B]}{2dt}}={frac {d[C]}{3dt}}={frac {d[D]}{dt}}} .

Таким образом, чтобы избежать использования нескольких форм записи скорости для одной и той же реакции используют химическую переменную, которая определяет степень протекания реакции и не зависит от стехиометрических коэффициентов:

ξ = Δ n ν {displaystyle xi ={frac {Delta n}{ u }}} ,

где ν {displaystyle { u }} — стехиометрический коэффициент. Тогда скорость реакции:

v = d ξ V d t {displaystyle v={frac {dxi }{Vdt}}} ,

где V {displaystyle V} — объём системы.

Размерность

Размерность константы скорости реакции зависит от порядка реакции. Если концентрация реагирующих веществ измерена в моль/л (M):

  • Для реакции первого порядка k имеет размерность 1/с;
  • Для реакции второго порядка k имеет размерность л/(моль·с) или 1/(M·с);
  • Для реакции третьего порядка k имеет размерность л2/(моль2·с) или 1/(M2·с).