Кинетические кривые

Кривая, отражающая изменение концентрации какого-либо вещества во времени в ходе химического превращения, называется кинетической кривой. Это может быть как зависимость концентрации вещества, так и зависимость числа молей вещества от времени.

Зная кинетическую кривую для какого-либо компонента, можно определить скорость его накопления или расходования графическим дифференцированием кинетической кривой. Все методы получения кинетических кривых можно разделить на:

1. Химические методы

2. Физико-химические методы

К инетические кривые могут иметь различный вид.

Кинетика простых реакций

в закрытых системах

Дифференциальные кинетические уравнения для моно- и бимолекулярных необратимых реакций в закрытых системах

Односторонние реакции первого порядка (мономолекулярные реакции)

В качестве примера рассмотрим реакцию типа

A  B

Скорость такой реакции при постоянном объеме системы

С другой стороны согласно основному постулату химической кинетики для этой реакции

То есть имеем дифференциальное кинетическое уравнение вида

Интегрируем в пределах от 0 до x по плотности глубины реакции, при этом время изменяется от 0 до времени . Получаем:

– это интегральное кинетическое уравнение реакции первого порядка.

Размерность величины константы скорости реакции первого порядка  обратное время

Период полураспада (полупревращения)  время, за которое концентрация исходного вещества уменьшается в 2 раза, определяется выражением

.

Следует отметить, что кинетика огромного числа процессов в окружающей среде описывается уравнением . Сюда можно отнести радиоактивность, смертность человека от несчастных случаев и т.д.

Уравнение можно использовать для решения обратной кинетической задачи  определения величины константы скорости реакции по экспериментальным данным графическим или расчетным способом.

Односторонние реакции второго порядка (бимолекулярные реакции)

Рассуждая аналогично для реакции второго порядка типа A + B = C, получим дифференциальное уравнение скорости

Или

Интегрирование рациональных функций разложением правильной дроби на простейшие приводит к уравнениям:

В случае если интегральное кинетическое уравнение имеет вид:

.

Частные случаи реакции второго порядка

1. В случае если получим интегральное кинетическое уравнение:

.

Размерность константы скорости для реакции второго порядка:

время^1концентрация^1 . Обратная кинетическая задача решается как обычно линеаризацией экспериментальных данных.

2. Рассмотрим реакцию, в которой имеется два исходных вещества A₁ и A₂.

Кинетическое уравнение для такой реакции имеет вид:

w_V = .

Зададим начальную концентрацию одного из исходных веществ (например, A₁) гораздо больше, чем концентрация другого

Тогда, поскольку глубина реакции х одинакова и для первого и для второго вещества, при сравнении текущих концентраций первого и второго вещества можно утверждать, что текущая концентрация первого вещества практически осталась равной его начальной концентрации и будет и дальше постоянной в течение реакции.

;

Следовательно, закон скорости можно преобразовать в такой вид:

w_V = ,

где под величиной эффективной константы скорости ( ) подразумевается произведение константы скорости на начальную концентрацию первого компонента в соответствующей степени