Реферат: Основи формальної кінетики. Швидкість хімічної реакції

Якщо  , то

(9)

(10)

де - час напіврозпаду, тобто час, протягом якого прореагує половина речовини.

Однобічна хімічно необоротна реакція другого порядку схематично може бути представлена рівнянням

А1 + А2 → Продукт (продукти) реакції

Швидкість реакції другого порядку дорівнює

(11)

де С1 і С2 – поточні концентрації А1 і А2.

Інтегруючи рівняння (11), одержуємо

(12)

Якщо С1=С2=С, то рівняння (11) прийме вигляд

(13)

і після інтегрування

(14)

при С=С0/2

(15)

(16)

Час напівперетворення  для реакції другого порядку зворотньо пропорційний початковій концентрації реагуючих речовин.

У випадку однобічної реакції п-го порядку

А1 + А2 + А3 + ... → Продукт (продукти) реакції

 де швидкість реакції дорівнює

(17)

Інтегруючи рівняння (17), одержимо

(18)

Якщо С=С°/2, то

(19)

(20)

Час напівперетворення реакції п-порядку зворотно пропорційній початковій концентрації реагентів у ступені (п-1).

Порядок реакції визначають, використовуючи дослідні дані про зміну концентрації реагуючих речовин з часом. Якщо в реакції бере участь кілька речовин, необхідно визначити приватні порядки стосовно кожної з цих речовин.

Існує кілька способів визначення приватного порядку і порядку реакції.

2.1 Метод підбора кінетичного рівняння

Експериментальні дані залежності концентрації реагуючої речовини від часу підставляють у різні кінетичні рівняння (7), (14) і ін.

Якщо розраховані значення константи швидкості, наприклад, по рівнянню (14) зберігаються постійними (у межах погрішностей досвіду), то порядок досліджуваної реакції буде другим.

2.2 Графічний метод

Порядок реакції зручно визначати графічним методом. Нижче приведені диференціальні рівняння швидкостей реакцій різних порядків і їхнього рішення:

кінетичний рівняння хімічна реакція

Відклавши на осі абсцис час τ, а на осі ординат lgС, 1/C і 1/C2, для досліджуваної реакції одержують три лінії. Та з них, що відповідає порядкові даної реакції, буде прямою. Наприклад, якщо реакція має другий порядок, то 1/C, представлена як функція від τ, буде прямою, а функції lgС і 1/C2 від τ виявляться кривими.

2.3 Метод Оствальда- Нойеса

Допускають, що швидкість реакції при концентраціях реагентів, пропорційних їхнім стехіометричним коефіцієнтам у рівнянні хімічної реакції (або при надлишку всіх реагентів, крім одного), відповідає рівнянню (18).

Підставляючи в (18)  і перетворюючи, маємо

(21)

Для двох кінетичних дослідів, що протікають до одного і того ж ступеня перетворення ( )

(22)

де С10 і С20 - початкові концентрації реагуючих речовин у досліді (1) і (2);

τ1 і τ2 - час протікання реакції в двох дослідах до одного і того ж ступеня перетворення ά.

Після логарифмування рівняння (22) одержують:

 (23)

Рівняння (23) справедливе, якщо реакцію проводять до будь-якого ступеня перетворення.

Порядок реакції п може бути також розрахований на підставі даних двох кінетичних дослідів з початковими концентраціями реагуючих речовин С10 і С20 по рівнянню

(24)

Література

1.  Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ: Учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е перераб. и дополн. – М.: Химия, 1985.-592 с.

2.  Боре П. Кинетика гетерогенных процессов/ Пер. с француз. – М.: Мир. 1976. - 390 с.

3.  Еремин Е.Н.Основы химической кинетики. – М.: Высш. шк.,1976.-375 с.

4.  Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химическое основы неорганической технологии: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Химия. 1985. - 384 с.

5.  Царева З.М., Орлова Е.И. Теоретические основы химической технологии. – К.: Вища шк., 1986. - 271 с.

6.  Зайцев О.С. Общая химия. Состояние веществ и химические реакции. – М.: Химия. 1990. - 352 с.