Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Основні поняття хімічної кінетики

Кінетика – це наука,яка вивчає механізм, швидкість та умови перебігу хімічного процесу.

Під час перебігу будь-якої хімічної реакції відбувається зміна концентрацій речовин, що беруть у ній участь, при чому концентрація реагентів зменшується, а концентрація продуктів збільшується. Це графічно зображується у вигляді кінетичної кривої. На рис.1. наведено кінетичні криві для реагенту (1) та для продукту (2).

Рис.1. Кінетичні криві для реагенту (1) та для продукту (2).

Прийнято позначати початкову концентрацію реагенту с0 =а ,поточну концентрацію реагенту:

с = а-х, продукту – х. якщо взяти на кінетичнїй кривій 1 дві довільні точки з координатами с1, t1 та с2, t2, то зміна концентрації Δс = с2 – с1 відбувається протягом часу Δ t = t2 - t1. Відношення цих двох величин з урахуванням того, що Δс є вд’ємною величиною, можна вважати середньою швидкістю реакції на відрізку Δ t, тобто

(1)
Поступово зменшуючи с та t до нескінченно малих величин, приходимо до визначення істинної швидкості хімічної реакції

(2)

Коли реакція завершується , то її швидкість прямує до нуля. Логічно пов’язати зменшення швидкості реакції зі зменшенням концентрації реагенту. Фізично і математично це зручно зобразити як степеневу залежність, тобто

(3)

де n – порядок реакції; k – константа швидкості. Константа швидкості має розмірність: [час-1*конц.1-n].

Якщо в реакції бере участь не один, а декілька (А, В тощо) реагентів, то кінетичне рівняння таке:

Величини nА, nВ тощо називаються порядками реакції за відповідними реагентами, тобто

Наайбільш загальний метод визначення порядку реакції запропоновано Я. Вант – Гоффом. Логарифмуючи рівняння (3), маємо

Таким чином, n = tgα на графіку, що побудований в координатах lnr - lnc (рис.2). Величини знаходять з кінетичної кривої (рис.1) шляхом графічного або чисельного диференціювання.

Рис.2. Визначення порядку реакції за Вант-Гоффом.

Реакція 1-го порядку (n = 1)

З рівнянь (2) і (3) маємо

Інтегрування дає

(4)

Або

(5)

Таким чином, у координатах lnc - t для реакції 1-го порядку маємо пряму лінїю (рис.3.), при чому |tgα| = k, а відрізок на осі ординат дорівнює lnc0 (це дозволяє знайти с0, якщо початкова концентрація невідома, шляхом екстраполяції).

Рис.3. Кінетична крива для реакції першого порядку в напівлогарифмічних координатах

Крім константи, використовують пов’язаний з нею параметр – період напівперетворення (τ1/2), тобто час, протягом якого половина реагенту перетворюється на продукт (рис.4.). За c = c0/2 та t = τ1/2 з рівняння (4)

(6)

 

Рис.4.Визначення періоду напівперетворенння τ1/2

Реакція 2-го порядку

Для реакції 2-го порядку кінетичне рівняння має вигляд

Його інтегрування дає

(7) aбо (8)

Зазначимо, що за t=0 рівняння (8) та (5) дають с=с0. Період напівперетворення для реакції 2-го порядку дорівнює

(9)

Таким чином для реакції 2-го порядку період напівперетворення залежить не лише від константи швидкості, що в цьому випадку має розмірність [час-1*конц.-1], але й від початкової концентрації с0 . Для реакції 2-го порядку, згідно з рівнянням (7), кінетична крива випрямлюється в координатах lnc - t доводить, що n=1, а в координатах 1/c – t, що n=2

Рис.5. Кінетична крива для реакції 2-го порядку в координатах 1/c – t

За довільного n кінетичне рівняння

Можна проінтегрувати,що дає

(10)

Не важко перевідчитися в тому, що за n=2 рівняння (10) переходить у рівняння (7).

За c = c0/2 та t = τ1/2 з рівняння (10) маємо

(11)

(за за n=2 рівняння (11) переходить у рівняння (9)

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.