Формальная кинетика и зависимость скорости от концентрации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для химической реакции в общем виде:

аА + вВ + сС + … Р (1)

где А, В, С - реагирующие вещества; а, в, с - коэффициенты в уравнении;

Р - продукт,

в соответствии с законом действия масс основное кинетическое уравнение имеет вид:

= k[А]a[B]b[C]c, (2)

где k - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.

Из уравнения (1) следует, что скорость данной реакции тем больше, чем больше концентрация реагирующих веществ. А вот k не зависит от концентрации. k численно равна скорости реакции при концентрации каждого реагента 1 моль/л. Константа скорости определяется : 1) природой реагирующих веществ; 2)температурой реакционной среды; 3)природой реакционной среды, например природой растворителя, в котором протекает реакция. Обычно в формальной кинетики чаще оперируют не значениями скоростей реакций, а значениями констант скоростей.

Ясно, что скорость реакции должна быть больше в том, случае, если больше значение k. Однако, k для разных реакций может иметь разную размерность. Поэтому по значениям k разных реакций, отличающихся размерностью константы скорости, нельзя судит о том, какая реакция быстрее.

В отношении кинетики химические реакции разделяют по признаку порядка реакции. Порядок реакции - это эмпирическая величина, равная сумме показателей степеней, с которыми концентрации реагентов входят в выражение для скорости реакции.

Для реакции в общем виде (1) порядок n = a + b + c.

Для реакции первого порядка, описываемой уравнением: А Р кинетический закон имеет вид: = k[А],. При этом, т.к. размерности скорости - моль/лсек, концентрации - моль/л, то размерность константы скорости такой реакции (реакции 1-ого порядка) - сек1.

Для реакций второго порядка: 2А Р или А + В P

имеем кинетический закон: = k[А]2 или = k[А][B],

тогда размерность константы скорости: л/мольсек.

Реакции первого порядка: А Р. Если скорость реакции зависит от концентрации только одного реагента в первой степени, то выражение для скорости принимает вид

(1)

Уравнение (1) можно записать в другом виде, приняв, что а - это начальное количество реагента A, x - его количество, прореагировавшее за время . Тогда (а - x) равно количеству реагента A, оставшемуся через время , и уравнение реакции примет вид

(2)

Разделив переменные и проинтегрировав, получим -ln(a - x) = kt + const отсюда при t = 0, x = 0 и const = -ln a

График зависимости ln(a-x) от времени t является прямой с тангенсом угла наклона tg, равным k. Выражение (2) называется дифференциальным кинетическим уравнением реакции 1-ого порядка, а выражение (3) - интегральным.

Реакции второго порядка. Скорость реакции второго порядка может зависеть от концентрации одного реагента во второй степени: 2А Р, (4),

либо концентрации реагентов А и В в первой степени: А + В Р (5).

Кинетические уравнения, отвечающие этим двум реакциям приведены ниже.

(4)

Кинетический закон в дифференциальной форме в интегральной форме

(5)

Соответствующие уравнения можно получить и для реакций иных порядков. Ниже в таблице приведены простые кинетические уравнения для реакций нулевого, первого, второго и третьего порядков:

По дифференциальным уравнениям скорость можно измерить по тангенсу угла наклона касательной, что приводит к определенным ошибкам. Интегральные уравнения позволяют осуществлять более точные определения констант скоростей по угловому коэффициенту прямой соответствующей зависимости, скажем, правой части уравнений (смотри таблицу) от времени.

кинетическое уравнение концентрация реагент

Размещено на Allbest.ru