Кинетика необратимых реакций
Основы формальной кинетики.
5.3.1. Реакции нулевого порядка () – это реакции, скорость которых не зависит от концентрации реагирующих веществ.
Реакции нулевого порядка протекают, если:
а) концентрация исходного вещества автоматически поддерживается постоянной (например, в насыщенном растворе, находящемся в равновесии с избытком нерастворенного вещества);
б) при протекании фотохимических и каталитических реакций, скорость которых определяет количество поглощенного света и количество катализатора.
Для реакции нулевого порядка
основной закон химической кинетики записывают:
.
В результате интегрирования, получим:
. (214)
где – начальная концентрация вещества в момент времени .
Зная константу скорости реакции, можно рассчитать концентрацию реагирующих веществ в любой момент времени:
. (215)
Для характеристики скорости реакции часто используют время полупревращения или полураспада , т.е. время, в течение которого начальная концентрация исходного вещества снижается на половину .
Для реакции нулевого порядка:
, .
5.3.2. Реакции первого порядка ().
Пусть протекает реакция первого порядка:
.
Уравнение скорости химической реакции 1 порядка имеет вид:
.
Отсюда имеем:
. (216)
Из уравнения (216) можно получить уравнение для расчета концентрации вещества в любой момент времени:
. (217)
Получим уравнение для времени полупревращения :
, .
Как видно, время полупревращения реакции 1 порядка не зависит от концентрации исходного вещества и обратно пропорционально константе скорости реакции.
Константа скорости мономолекулярных реакций характеризует среднюю продолжительность жизни отдельных молекул, которая равна обратной величине константы скорости и не зависит от начальной концентрации реагирующего вещества
.
5.3.3. Реакции второго порядка ().
Для необратимой реакции второго порядка:
,
кинетическое уравнение реакции имеет вид
.
Откуда после интегрирования получим:
, (218)
где – исходная концентрация вещества .
Полученное уравнение применимо для случая, когда исходные концентрации реагирующих веществ различны, т.е. .
Для случая, когда .
. (219)
Текущую концентрацию вещества можно рассчитать по формуле:
. (220)
Время полупревращения вещества для реакции 2 порядка при рассчитывают по уравнению:
, .
Таким образом, время полупревращения и константа скорости реакции второго порядка обратно пропорциональна начальной концентрации исходного вещества.
5.3.4. Реакции го порядка.
Для частного случая, когда концентрации всех реагирующих веществ одинаковы и системы постоянен, кинетическое уравнение можно представить в виде:
.
Уравнение для константы скорости запишется
. (221)
Время полупревращения и константа скорости реакции го порядка обратно пропорциональны начальной концентрации исходного вещества в степени :
.
.