В стандартных условиях

Кинетика химического равновесия

Химическая кинетика изучает скорости химических реакций. Скорость химической реакции в газовой фазе или в растворе определяется изменением числа молей N вещества в единицу времени в единице объема:

Знак плюс используется, когда скорость определяется по продукту, минус – по исходному веществу. Если реакция протекает при постоянном объеме, скорость выражают через молярную концентрацию , которая имеет размерность моль .

Скорость реакции выражается в различных единицах: .

В последнем случае скорость выражается через парциальные давления газообразных веществ.

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и наличия катализаторов. Зависимость скорости от концентрации описывается основным постулатом химической кинетики – законом действующих масс:

Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна текущим концентрациям реагирующих веществ, возведенным в некоторые степени.

Для реакции:

А + В → С + D

, где

к – константа скорости, не зависящая от концентрации;

m и n – порядок реакции по веществам А и В.

Сумма m + n называется общим порядком реакции. Константа скорости реакции численно равна скорости реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1

Константа скорости реакции зависит от температуры ( уравнение Аррениуса):

, где

– предэкспоненциальный множитель;

R – газовая постоянная;

Е – энергия активизации.

Приближенно зависимость константы скорости реакции от температуры выражается уравнением Ванг – Гоффа:

, где

и – константы скорости реакции при температурах Т₁ и Т₂;

- температурный коэффициент скорости.

Уравнение Аррениуса позволяет рассчитать энергию активизации реакции по константам скорости при двух температурах:

Рассмотрим кинетические уравнения для реакций разных порядков.

Для реакции нулевого порядка

Глубина реакции

Для реакции первого порядка

Для реакции второго порядка

Это уравнение используется, если реагирует одно вещество А по реакции второго порядка или два вещества А и В одинаковыми концентрациями.

Если , кинетическое уравнение имеет вид:

Параллельные реакции первого порядка:

Кинетическое уравнение записывается с учетом принципа независимости: если в системе протекает несколько простых реакций, то каждая из них подчиняется основному постулату химической кинетики независимо от других реакций:

Для параллельных реакций первого порядка в любой момент времени отношение продуктов реакции постоянно и определяется отношением констант скоростей реакций:

Параллельные реакции второго порядка:

Кинетические уравнения скоростей образования конечных продуктов равны:

Глубина превращения реагентов определяется соотношением констант скоростей.

Для последовательной реакции первого порядка

кинетические уравнения для изменения концентраций веществ А, В и С записывается следующим образом:

с начальными условиями

Решение их дает:

Концентрация промежуточного продукта В достигаем максимального значения при

Поиск по сайту: