Кинетическое уравнение

Кинети́ческое уравне́ние, выражает зависимость скорости химической реакции от концентраций компонентов реакционной смеси. В общем виде для реакции ${\displaystyle aA+bB+cC\longrightarrow {\text{Продукты}}}$, где ${\displaystyle A}$, ${\displaystyle B}$ и ${\displaystyle C}$ – реагенты, ${\displaystyle a}$, ${\displaystyle b}$, ${\displaystyle c}$ – стехиометрические коэффициенты, кинетическое уравнение записывается следующим образом: ${\displaystyle v=k[A]^{n_{A}}[B]^{n_{B}}[C]^{n_{C}}}$, где ${\displaystyle v}$ – скорость химической реакции, ${\displaystyle k}$ – константа скорости химической реакции, ${\displaystyle [A]}$, ${\displaystyle [B]}$, ${\displaystyle [C]}$ – концентрации реагирующих веществ (реагентами могут быть молекулы, ионы, свободные радикалы и другие частицы), ${\displaystyle n_{A}}$, ${\displaystyle n_{B}}$, ${\displaystyle n_{C}}$ – порядки реакции по реагентам ${\displaystyle A}$, ${\displaystyle B}$ и ${\displaystyle C}$ соответственно. Сумма ${\displaystyle n_{A}+n_{B}+n_{C}=n}$ называется суммарным (общим) порядком реакции. Кинетическое уравнение является математическим выражением кинетической формулировки закона действующих масс.

Для простых реакций, протекающих в одну стадию в соответствии со стехиометрическим уравнением, порядки реакции ${\displaystyle n_{A}}$, ${\displaystyle n_{B}}$ и ${\displaystyle n_{C}}$ равны соответствующим стехиометрическим коэффициентам ${\displaystyle a}$, ${\displaystyle b}$, ${\displaystyle c}$ и отражают число молекул, участвующих в элементарном акте реакции. В зависимости от числа молекул, участвующих в элементарном акте, различают мономолекулярные, бимолекулярные и тримолекулярные реакции. Реакции, требующие в элементарном акте столкновения более трёх молекул, маловероятны.

Для сложных химических реакций, представляющих собой совокупность нескольких элементарных стадий, константа скорости и порядки реакции являются чисто эмпирическими параметрами. Численные значения порядков реакции в этом случае могут быть любыми, в том числе нулевыми, дробными и отрицательными. Определение экспериментальных порядков реакции по отдельным компонентам реакционной смеси, константы скорости и нахождение эмпирического кинетического уравнения является начальным этапом в решении центральной задачи химической кинетики – установления механизма химической реакции. Совпадение эмпирического кинетического уравнения с теоретическим, которое выводится на основании предполагаемой кинетической схемы реакции, свидетельствует о достоверности предложенного механизма.

Приведённое кинетическое уравнение справедливо для гомогенных систем, т. е. для реакций, протекающих в объёме одной фазы. Для гетерогенных реакций, протекающих на границе раздела фаз, скорость реакции зависит не только от рассмотренных факторов, но и от площади поверхности раздела фаз, коэффициентов диффузии реагентов и продуктов реакции, а также от перемешивания.