Коэффициент реакции

В химической термодинамике коэффициент реакции (Q r или просто Q) равен количество, которое обеспечивает измерение относительных количеств продуктов и реагентов, присутствующих в реакционной смеси, для реакции с четко определенной общей стехиометрией в определенный момент времени. Математически он определяется как отношение активностей (или молярных концентраций ) видов продукта к активностям реагентов, участвующих в химической реакции, с учетом стехиометрических коэффициентов реакции. учитываются как показатели концентраций. В равновесии коэффициент реакции постоянен во времени и равен константе равновесия.

Общая химическая реакция, в которой α моль реагента A и β моль реагента B реагируют с образованием ρ молей продукта. R и σ молей продукта S можно записать как

.

Реакция записывается как равновесная, хотя во многих случаях может показаться, что все реагенты с одной стороны были преобразованы в другую. A и B составлены, и реакции позволено протекать, коэффициент реакции Q r как функция времени t определяется как

$Q\; r\; (t)\; =\; \{R\}\; t\; \rho \; \{S\}\; t\; \sigma \; \{A\}\; t\; \alpha \; \{B\}\; t\; \beta ,\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\; \_\; \{\backslash \; text\; \{r\}\}\; (t)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; \{\backslash \; mathrm\; \{R\}\; \backslash \}\; \_\; \{t\}\; ^\; \{\backslash \; rho\}\; \backslash \; \{\backslash \; mathrm\; \{S\}\; \backslash \}\; \_\; \{t\}\; ^\; \{\backslash \; sigma\}\}\; \{\backslash \; \{\backslash \; mathrm\; \{A\}\; \backslash \}\; \_\; \{t\}\; ^\; \{\backslash \; alpha\}\; \backslash \; \{\backslash \; mathrm\; \{B\}\; \backslash \; \}\; \_\; \{t\}\; ^\; \{\backslash \; beta\}\}\},\}$

где {X} t обозначает мгновенную активность вида X в момент времени t. Краткое общее определение (где П j - произведение всех j-индексированных переменных, то же самое для П i):

$Q\; r\; (t)\; =\; \prod \; j\; p\; d\; t.\; а\; j\; \nu \; j\; (t)\; i\; r\; c\; t.\; ai\; \nu \; я\; (T),\; \{\backslash \; Displaystyle\; Q\; \_\; \{\backslash \; text\; \{r\}\}\; (т)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; prod\; \_\; \{j\}\; ^\; \{\backslash \; mathrm\; \{pdt.\}\}\; a\_\; \{j\}\; ^\; \{\backslash \; nu\; \_\; \{j\}\}\; (t)\}\; \{\backslash \; prod\; \_\; \{i\}\; ^\; \{\backslash \; mathrm\; \{rct.\}\}\; a\_\; \{i\}\; ^\; \{\backslash \; nu\; \_\; \{i\}\}\; (t)\}\},\}$

где числитель представляет собой продукт активности продукта реакции a j, каждый из которых возведен в степень стехиометрического коэффициента νj, а знаменатель представляет собой аналогичный продукт активности реагентов. Все действия относятся к времени t.

• 1 Связь с K (константа равновесия)
• 2 Примеры
• 3 Ссылки
• 4 Внешние ссылки

As реакция протекает с течением времени, если предположить, что энергия активации не приводит к чрезмерно медленной реакции для данного временного интервала, активность веществ и, следовательно, коэффициент реакции изменяются таким образом, что снижает свободный энергия химической системы. Направление изменения определяется свободной энергией Гиббса реакции соотношением

$\Delta \; r\; G\; =\; RT\; ln\; \; (Q\; r\; /\; K)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\; \}\}\; G\; =\; RT\; \backslash \; ln\; (Q\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\}\}\; /\; K)\}$,

где K - постоянная, не зависящая от начального состава, известная как константа равновесия. Реакция протекает в прямом направлении (в сторону меньших значений Q r) при Δ rG < 0 or in the reverse direction (towards larger values of Qr), когда Δ r G>0. В конце концов, когда реакционная смесь достигает химического равновесия, активности компонентов (и, следовательно, коэффициент реакции) приближаются к постоянным значениям. Константа равновесия определяется как асимптотическое значение, к которому приближается коэффициент реакции:

$Q\; r\; \to \; K\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\}\}\; \backslash \; to\; K\}$и $\Delta \; r\; G\; \to \; 0\; (t\; \to \; \infty )\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\}\}\; G\; \backslash \; to\; 0\; \backslash \; quad\; (t\; \backslash \; to\; \backslash \; infty)\}$.

В принципе, реакции требуют бесконечного времени для достижения равновесие; на практике считается, что равновесие в практическом смысле достигнуто, когда концентрации уравновешивающих веществ больше не изменяются заметно (по сравнению с используемыми аналитическими приборами).

Если реакционная смесь инициализирована с активностью всех компонентов, равной единице, то есть в их стандартных состояниях, то

$Q\; r\; =\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; Q\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\}\}\; =\; 1\}$и $\Delta \; r\; G\; =\; \Delta \; r\; G\; \circ \; =\; -\; RT\; ln\; \; K\; (t\; =\; 0)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\}\}\; G\; =\; \backslash \; Delta\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{r\}\}\; G\; ^\; \{\backslash \; circ\}\; =\; -\; RT\; \backslash \; ln\; K\; \backslash \; quad\; (t\; =\; 0)\}$.

Эта величина, Δ r G °, называется стандартная свободная энергия Гиббса реакции.

Все реакции, независимо от того, насколько они благоприятны, являются равновесными процессами, хотя с практической точки зрения, если исходный материал не обнаруживается после определенного момента с помощью определенного аналитического метода, реакция говорят, идет к завершению. Например, при горении октана C 8H18+ / 2O2→ 8CO 2 + 9H 2 O имеет Δ r G ° ~ - 240 ккал / моль, что соответствует константе равновесия 10, число настолько велико, что не имеет практического значения, поскольку в килограмме октана содержится всего ~ 5 × 10 молекул. Тем не менее, процесс в принципе равновесный.

Учебники по коэффициенту реакции

• Учебник I
• Учебник II
• Учебник III

.