иллюстрирующим влияние концентрации, может служить резко различная энергичность сгорания веществ в воздухе (около 20% кислорода) и в чистом кислороде.

Общую формулировку влияния концентрации на скорость химических реакций дает закон действия масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Так, для реакции A -f В = С имеем v = k [А][В], где и—скорость; k — коэффициент пропорциональности (константа скорости); [А] и [В] — концентрации веществ А и В. Если во взаимодействие вступают сразу несколько частиц какого-либо вещества, то его концентрация должна быть возведена в степень с показателем, равным числу частиц, входящему в уравнение реакции. Например, выражение для скорости реакции по схеме 2Н2 + 02 = 2Н20 будет: v = &[Н2Н02].1-4

Кроме концентраций реагирующих веществ, на скорость реакции должна влиять температура, так как прн ее повышении возрастает скорость движения молекул, в связи с чем увеличивается и число столкновений между ними.

Опыт показывает, что при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства реакции увеличивается примерно в три раза. Между тем, согласно кинетической теории увеличение числа столкновений при повышении

температуры очень невелико и совершенно не соответствует подобным ускорениям реакций.5

Это расхождение теории и опыта является, однако, лишь кажущимся. Действительно, химическая реакция не обязательно должна Ьроисходить при каждом столкновении частиц реагирующих веществ— может быть очень много таких встреч, после которых молекулы расходятся неизмененными. Лишь тогда, когда взаимное расположение частиц в момент столкновения благоприятно для реакции и сталкиваются молекулы достаточно активные, т.е. обладающие большим запасом энергии, они вступают в химическое взаимодействие.

Относительное число подобных «успешных» встреч в первую очередь определяется природой самих реагирующих веществ. Поэтому при одинаковом общем числе столкновений молекул скорости отдельных реакций могут быть весьма различны. С другой стороны, при повышении температуры не только растет общее число столкновений, но резко возрастает и доля успешных — поэтому так быстро увеличиваются скорости реакций при нагревании. Для различных веществ число активных молекул возрастает при этом в неодинаковой степени — отсюда различия в ускорениях отдельных реакций.6-14

Если при температурах около 1000°С водород и кислород со взрывом соединяются, образуя воду, то, наоборот, при 5000 °С вода со взрывом распадается на водород и кислород. Обозначая это схематически, имеем:

при 1000 "С

водород -j- кислород = вода

<

при 5000 °С

Очевидно, что при некоторых промежуточных температурах должны быть возможны обе реакции. Это действительно имеет место в интервале 2000—4000°С, когда одновременно происходит и образование молекул воды из водорода и кислорода и распад молекул воды на водород и кислород. При этих условиях реакция взаимодействия водорода с кислородом становится, следовательно, заметно обратимой. Вообще, обратимыми называются реакции, протекающие одновременно в обоих противоположных направлениях. При их записи вместо знака равенства часто пользуются противоположно направленными стрелками:

2H2-f02 *=± 2Н20

Для скоростей обеих отвечающих данной схеме * взаимно противоположных реакций можно составить следующие выражения:

», = fc,[H2]2[02] и v2 = k2 [Н20]2

Если Vi >> t?2, то за единицу времени молекул воды будет образовываться больше, чем распадаться; если vt <С v2, то распадаться будет больше, чем образовываться. Наконец, если Vt = v2t число распадающихся и образующихся за единицу времени молекул воды будет одинаково.

* В действительности процесс образования воды из элементов протекает значительно сложнее (VII § 2 доп. 19).

Допустим, что до 3000 °С нагрет водяной пар. В первый мрмент молекул водорода и кислорода еще не имеется и fi = 0. Наоборот, скорость vz велика, так как молекул воды много. В следующий момент, когда часть их успела разложиться, скорость V\ становится уже замет-нон, а скорость и2 несколько уменьшается. По мере дальнейшего разложения воды V\ продолжает увеличиваться, Уг — уменьшаться. Наконец, наступает такой момент, когда обе скорости становятся равными.

Если исходить не из водяного пара, а из водорода и кислорода, то подобным же образом приходим к тем же результатам. И в том и в другим случае при равенстве скоростей обеих реакций устанавливается химическое равновесие, внешне характеризующееся тем, что концентрации водорода, кислорода и водяного пара при неизменных условиях остаются постоянными сколь угодно долгое время.

Из рассмотренного вытекает, что химическое равновесие является равновесием динамическим: оно обусловлено не тем, что, дойдя до него, процесс прекращается, а тем, что обе взаимно противоположные реакции протекают с одинаковыми скоростями. Все время идет и образование молекул воды и их распад, но число образующихся за единицу времени молекул равно числу распадающихся. Поэтому нам