Односторонні реакції 1 - порядку

Односторонні реакції 1 - порядку Це реакції виду: А → Продукти.

Вираз для швидкості реакції має вигляд: W = K ₁ C.

Вона пов'язана зі швидкістю витрачання вихідної речовини А співвідношенням:

де- стехіометричний коефіцієнт вихідної речовини А.

Рівняння для константи швидкості реакції першого порядку прийме вигляд:

Основним завданням хімічної кінетики є розрахунок швидкостей хімічних реакцій. Їх визначають з рівняння за відомою константі швидкості. До ₁ знаходять експериментально. При цьому за експериментальними даними зміни концентрації вихідної речовини від часу будують графік в координатах 1пС - τ. У цій системі координат кінетичне рівняння реакції 1 ^го порядку представляє пряму лінію. Тангенс кута нахилу цієї лінії дорівнює

Іноді для характеристики швидкості реакції користуються часом напівперетворення або напіврозпаду τ _{1 / 2.}

τ _{1 / 2} - це проміжок часу, протягом якого реагує

Або

З рівняння випливає, що τ _{1 / 2} для реакції першого порядку не залежить від початкової концентрації вихідної речовини і визначається тільки константою швидкості.

Рівняння кінетики реакції 1 ^ого порядку характеризують не тільки швидкості мономолекулярних реакцій, але застосовні і до складних реакцій. Багато складних реакції протікають як реакції першого порядку

Односторонні реакції другого порядку.

Реакція виду: продукти

Швидкість реакції:

Кінетичне рівняння

Час напівреакції

Константа швидкості реакції

Односторонні реакції третього порядку

Реакція виду: продукти

Швидкість реакції: або

Кінетичне рівняння

Константа швидкості реакції

 

Методи визначення порядку реакції.

а)Спосіб надлишкових концентрацій
Для реакції v₁ А ₁ + v₂A₂ → Продукти

залежність швидкості від концентрації вихідних речовин записується рівнянням:

де С ₁ і С ₂ - концентрації вихідних речовин А ₁ і А _2; п ₁ і п ₂ - порядки реакції по речовин А ₁ і А _2; К - константа швидкості реакції. Загальний порядок реакції дорівнює: п = п ₁ + п ₂

Якщо реакція елементарна і формально проста і підпорядковується кінетичному рівняння для елементарних реакцій, то порядок реакції по речовин А ₁ і А ₂ дорівнює їх стехіометричним коефіцієнтами в рівнянні реакції, тобто п ₁ = v₁ і п ₂ = v₂ тоді п = v₁ + v₂
б)Спосіб надлишкових концентрацій або метод ізолювання Оствальда.
Вінполягає в наступному.
Спочаткупроводятьреакцію, коли концентраціявихідноїречовини А₂ надлишкова в порівнянні з речовиною А _1. При протіканніреакціївважають, щозмінюєтьсялишеконцентраціяречовини А₁ (зазвичай вона в 10... 1000 разівменша за концентраціюіншихречовин), а концентраціяречовини А ₂ практично постійна і їїможна ввести в постійнийкоефіцієнт. При цьомурівняння (23) набудевигляду:

де -Константа швидкостіреакції по речовині А ₁

в)Диференціальний метод (методВант-Гоффа)
При розрахунках цим способом використовують досвідчені дані залежності швидкості реакції від часу

Здослідів, як правило, отримуютьзалежністьконцентраціїданого компонента від часу (кінетичнукриву) C _i = f (τ _i).
Тому для визначенняшвидкостіреакціїбудуютьграфік в координатах

У даномувипадкуможнавикористовувати так званий спосіблогарифмування

г)Спосібпідстановки
Проінтегруєморівняння (29) в межах від 0 до τ і від С ₀ до С при п = 1, 2, 3, при цьому одержимо:

д)Графічнийспосіб
Перепишеморівняння (30)...(32) увиді:

 

Оборотні реакції першого порядку.

Реакція виду:

Загальна швидкість реакції:

Кінетичне рівняння

Константа рівноваги

 

Паралельні реакції

У випадку паралельних реакцій одні і тіж самі речовини реагують одночасно у декількох напрямках утворюючи різні продукти.

Приклад: необоротна реакція першого порядку:

Загальна швидкість реакції

Для одержання окремих к₁к₂запишемо рівняння для швидкостей В і С

Відомо

Тобто у будь-який момент реакції співвідношень будь-яких відношень реакцій є сталою величиною яка дорівнює відношенню констант швидкостей паралельних реакцій

Послідовні реакції

Більшість хімічних реакцій має складний механізм і вони перебігають через ряд послідовних стадій, а кінцеві продукти утворення з нестійких проміжних продуктів (молекул, атомів) у зв`язку з цим досліди цих послідовних реакцій –важлива задача хімічної кінетики.

Найбільш простим прикладом для розгляду є випадок двох послідовних необоротних реакцій першого порядку

У початковий момент часу t=0 кінцева речовина. Речовина А=а, речовини В та С відсутні. Через деякий час t концентрація речовин становитимуть:

Швидкість перетворення речовини А в В

Швидкість перетворення речовини Вв С

Залежність концентрацій кінцевого продукту у вигляді

Час досягнення максимуму

Максимальна концентрація проміжного продукту