Кинетичната уравнението на химическа реакция
Един от предизвикателства пред химически кинетика, е да се определи състава на реакционната смес (т.е., концентрации на реагентите) по всяко време, което е необходимо да се знае зависимостта на скоростта на реакция на концентрацията. Като цяло, по-голяма от концентрацията на реагентите, толкова скоростта на химична реакция. химични кинетиката се основава на т. Н. основни постулат: химична кинетика
Скоростта на реакцията е директно пропорционална на продукта от концентрациите на реагентите, взети до известна степен.
Е. реакция
АА + BB + DD +. -> ее +.
коефициента е константа на пропорционалност на скоростта на химична реакция. Константата на скоростта е числено равна на скоростта на реакцията при всички концентрации на реагентите, равни на 1 мол / л.
Зависимост на скоростта на реакция на концентрацията на реагентите се определя експериментално и се нарича от кинетичната уравнението на химическата реакция. Очевидно е, че за да се запише на кинетичната уравнението, че е необходимо да се определи експериментално големината на константите на скоростта и изразители на концентрации на реагентите. Експонентата при всяка концентрация на реагентите в кинетична уравнение химична реакция (в уравнение (II.4), съответно, X, Y и Z) е специална процедура за реакцията на този компонент. Сумата на експонентите в кинетична уравнението на химическа реакция (х + у + z) е обща за реакция. Трябва да се подчертае, че редът на реакцията се определя само от експерименталните данни и не е свързано с стехиометрични коефициенти на реагентите в уравнението на реакцията. Уравнението на стехиометрично реакция е уравнението на материален баланс и не могат по никакъв начин да се определи естеството на това време реакцията.
Кинетиката на химическата реакция за класифициране на най-голямата обща реакция. Ние считаме, че зависимостта на концентрацията на реагентите за времето за необратими (едностранни) нулеви отговори, първи и втори ред.
нулев порядък кинетика
За нула реакция за кинетично уравнение има следната форма:
скорост на реакцията нулев порядък постоянна във времето и не зависи от концентрацията на реагентите; Това е типично за много хетерогенни (при достигане на интерфейса фаза) реакции в случая, когато скоростта на дифузия реагент на повърхността е по-малка от скоростта на техните химически трансформации.
реакция от първи ред
Разглеждане на времевата зависимост на концентрацията на изходното вещество в случай на първи ред реакция А -> Б. Реакциите се характеризира с първи ред кинетична уравнение на формата (II.6). Ние замени изразът (II.2):
След интегрирането на израза (II.7) получаваме:
G константа на интеграция се определя от първоначалните условия: при време Т = 0 ° С концентрация е равна на началната концентрация Co. От това следва, че г = LN Co. получаваме:
по този начин логаритъм на концентрацията на реакция от първи ред е линейно зависим от време (Фиг. 2.3) и скоростната константа е числено равно на ъгъла на допирателната линия на наклона на оста на времето.
От уравнение (II.9) е лесно да се получи експресия на постоянна скорост на реакцията на първи ред:
Друга характеристика на кинетичната реакцията t1 на полуживот / 2 - времето, през което концентрацията на изходния материал е намален наполовина в сравнение с оригинала. Изразява t1 / 2 за реакция от първи порядък, като се има предвид, че С = ½So:
Както се вижда от Производният израз, реакцията на половината от първи ред е независим от първоначалната концентрация на изходен материал.
Реакционната втори ред
За реакции от втори ред кинетичната уравнение има следния вид:
Разглеждане на прост случай, когато кинетичната уравнението е от формата (II.14) или, еквивалентно, в уравнение форма (II.15) концентрация на изходните материали са еднакви; Уравнение (II.14) в този случай може да бъде пренаписана, както следва:
След разделяне на променливите и интегриране получаваме:
G константа на интеграция, както и в предишния случай, ние определяме на първоначалните условия. получаваме:
по този начин за втората реакция за с кинетичната уравнението на формата (II.14), характеризиращ се с линейна зависимост от взаимното концентрацията спрямо времето (фигура 2.4.) и с постоянна скорост, равна на ъгъла на допирателната линия на наклона на оста на времето:
Фиг. 2.4 Зависимост реципрочна концентрация спрямо време за реакция от втори ред.
Ако първоначалната концентрация на реагиращите вещества Co и Co А, В са различни, константа на скорост на реакцията се изчислява чрез интегриране на уравнение (II.21), при СА и С - концентрация на реагентите в момент от началото на реакцията:
В този случай, ние получаваме израз за константата на скоростта
Редът на химическата реакция има официално кинетична концепция, която физически смисъл за начално (едностъпална) реакция е както следва: реда реакция е броят на едновременно различни концентрации. В случай на начално реакция реда на реакцията може да е равно на сумата от коефициентите в реакцията стехиометрично уравнение; Въпреки това, като цяло, от порядъка на реакцията се определя само от експерименталните данни, в зависимост от реакционните условия. Разглеждат като например елементарен реакция на хидролиза на етил ацетат (EtOAc), кинетиката се изучават в лабораторна практика в физикохимията:
Ако провеждане на реакцията в подобни концентрации от етил ацетат и вода, общата ред реакция е две и кинетично уравнение има следната форма:
При извършване на същата реакция при условията на голям излишък на един от реагентите (вода или етил ацетат), концентрация на веществото в излишък, на практика непроменен, и могат да бъдат включени в скоростната константа; кинетичната уравнение за двете възможни случаи отнема следния вид:
2) излишък от етил ацетат:
В тези случаи ние се занимаваме с т.нар псевдо-реакция от първи порядък. Провеждане на реакцията с голям излишък на един от изходните материали се използва за определяне на специфичните реакционни поръчки.