首先,我们进行讨论时,需要先声明讨论的具体条件——气态反应,充入的惰性气体不是过多从而导致物质状态的改变。
从热力学来看,充入惰性气体而保持恒容时,平衡常数的数值不变,而且各个组分的压力依然不变,所以不影响化学平衡;从动力学来看,这样的改变甚至都不影响反应速率——下面我就从碰撞模型理论来回答。
首先,你需要知道具体如何用碰撞理论来推导反应动力学过程。
对于一个基元反应 ,分子碰撞理论的假设有:(1) 分子间发生有效碰撞而反应;(2) 有效碰撞要求碰撞分子具有足够的动能;(3) 有效碰撞要求碰撞分子具有正确的取向。
这样,你就可以把反应速率写成这样的式子
,其中 是(3)中描述的达到正确取向的比例(可以认为是个常数), 是总碰撞频率, 是分子达到了能量要求的比例。
充入惰性气体后, 和 都是不会改变的,那么我们再来推导 就行了。
关于 的推导
在气体中,所有的分子都在时时运动着,而且也一直在发生着碰撞,那么如何推导碰撞频率呢?
关于AB间碰撞频率 的计算方式,我们假设所有的B分子全部都不动,而只有一个A分子在运动(速度考虑相对速度,截面为AB之和)。在一定的时间内分子A会划过一定的体积,然后那个体积乘以A分子的密度和B分子的密度就可以了。最终的结果是
你可能会问,那碰撞不是会影响A的方向和速度吗?发生碰撞时,A可能会失去一些动能,也可能会获得一些动能,但是在一切达到了热稳定时,失去的动能和获得的动能相等的,也就是碰撞整体上对于A分子平均划过的体积没有影响。
所以可见充入惰性气体后, 保持不变;AB分子的大小也不变,所以 也不变;而这里的浓度单位体积的分子个数,所以保持体积不变的时候也是一定的。所以有效碰撞次数也不会受到影响。
所以 在充入惰性气体后依然不变。考虑到 和 也不会受到影响,那么反应速率也不会改变的。