Скоростью химической реакции называют изменение количества реаги. Скоростью химической реакции называют изменение количества реагирующего вещества за единицу времени в единице реакционного пространства
Скачать 131.89 Kb.
|
Рис. 11. Определение порядка реакции дифференциальным методом Вант-Гоффа. Экспериментально устанавливаемая зависимость скорости реакции от концентрации обычно выражается (при равенстве концентраций всех веществ) уравнением: . (9 - 7) Показатель степени в уравнении (9 - 7) имеет несколько названий: реальный порядок реакции, экспериментально определяемый порядок реакции, действительный порядок реакции. В дальнейшем его будем называть просто порядком реакции. Необратимая реакция первого порядка Необратимая реакция первого порядка описывается уравнением, вытекающим из уравнения (9 - 7), . (9 - 8) Уравнение (9 - 8) дополняется граничным условием: в начальный момент времени (t = 0) концентрация вещества равна С0. Разделив переменные и проинтегрировав уравнение (9 - 8), получим: . (9 - 9) Подстановка граничных условий в уравнение (9 - 9) дает: const = -lnC0, а кинетическое уравнение для необратимой реакции первого порядка в интегральной форме принимает окончательный вид: . (9 - 10)
Таким образом, для необратимой реакции первого порядка существует прямая пропорциональность между логарифмом отношения исходной концентрации к действующей концентрации и временем протекания реакции (Рис. 9 ‑ 1). Часто в качестве характеристики интенсивности протекания химической реакции вместо константы скорости используют время полупревращениявещества t1/2, то есть время, за которое концентрация вещества уменьшается вдвое (C = 1/2C0). Радиоактивные превращения описываются таким же кинетическим уравнением, что и химические реакции первого порядка. Для них традиционно вместо времени полупревращения используют понятие время полураспада, которое также обозначается t1/2. Подставляя данные, определяющие время полупревращения в уравнение (9 - 10), получим: или . (9 - 11) Если задачей кинетического исследования реакции ставится нахождение зависимости концентрации вещества от времени протекания реакции, то кинетическому уравнению придают следующий вид: . (9 - 14) Уравнение (9 - 14) описывает кинетическую кривую, показанную на рис. 9 ‑ 2. Для необратимой реакции, при которой не образуются промежуточные вещества, концентрация продукта реакции CB определяется из условия: C0 = C + CB. Поэтому кинетика накопления продукта реакции описывается кинетическим уравнением: . (9 - 15)
Кинетическая кривая расходования исходного вещества и кривая накопления продуктов реакции пересекаются в точке, отвечающей времени полупревращения. Еще одной характеристикой необратимой реакции первого порядка служит среднее время жизни молекулы . В соответствии с определением средней величины можно воспользоваться уравнением: , (9 - 16) где t - время жизни молекул, число которых соответствует интервалу от N до N + dN, N0 - общее число молекул, принимающих участие в реакции. В соответствии с уравнением (9 - 8) число молекул с заданным временем жизни t можно определить, используя равенство , (9 - 17) а из уравнения (9 - 14) следует: . Уравнение для расчета среднего времени жизни молекулы принимает следующий вид: . (9 - 18) Уравнение (9 - 18) интегрируется по частям, для чего можно обозначить u = t, : . (9 - 19) Ниже приводится соотношение между характеристиками необратимой реакции первого порядка: . (9 - 20) |