3.2.3 Зниження температури кристалізації розплавів

Із закону Рауля випливають важливі наслідки, які стосуються температур кристалізації розплавів.

Першим наслідком зниження тиску насиченої пари розчину з нелеткою розчиненою речовиною є те, що температура кристалізації стає нижче температури кристалізації чистого розчинника.

Для розчинів неелектролітів

,

(3.12)

де К – кріоскопічна стала розчинника. Для води К =1,86, для рідкого заліза К = 101,5, .

Приклад 35.

Визначити температуру кристалізації розплаву заліза, який містить 5 масових % нікелю. Кріоскопічна стала заліза складає 101, 5 , температура кристалізації чистого заліза – 1539 ⁰С.

Розв’язок.

Оскільки в умовах задачі наведений масовий відсоток нікелю, знайдемо спочатку моляльну концентрацію розплаву:

.

Згідно з рівнянням (3.12) знаходимо зниження температури кристалізації розплаву: ⁰С.

Звідки температура кристалізації розплаву буде становити:

⁰С.

4 Хімічна кінетика

4.1 Швидкість гомогенної хімічної реакції. Закон діючих мас. Порядок реакції

При незмінному об’ємі під швидкістю хімічної реакції розуміють зміну концентрації будь-якого з її учасників в одиницю часу:

,

(4.1)

Відповідно до закону діючих мас швидкість елементарної хімічної реакції аА + вВ → еЕ + fF в будь який момент часу виражається рівнянням

чи ,

(4.2)

К₁, К₂ – константи швидкості реакції, які чисельно дорівнюють швидкості при одиничних концентраціях (чи парціальних тисках); С_А, С_В – концентрації реагуючих речовин; Р_А, Р_В – парціальні тиски речовин.

Математична залежність швидкості хімічної реакції від концентрації (парціальних тисків) реагуючих речовин зветься кінетичним рівнянням і має вигляд степеневого рівняння, в якому показники степеня при добутках, які виражають концентрацію, називають порядком реакції по даній речовині. Сума показників степеня в кінетичному рівнянні являє собою загальний порядок реакції.

Якщо реакція елементарна, проста, одностадійна, і механізм її перебігу розкривається хімічним рівнянням реакції, то порядок реакції по речовинам дорівнює відповідним стехіометричним коефіцієнтам рівняння реакції, тобто

,

(4.3)

Якщо реакція складна, багатостадійна, то показники степеня при концентрації реагентів відрізняються від стехіометричних коефіцієнтів, тоді

.

(4.4)

Швидкість таких реакцій визначає сама повільна стадія.

За порядком хімічні реакції поділяються на реакції першого, другого, третього, нульового та дробового порядку. Порядок складних хімічних реакцій можна визначити тільки експериментально. Найчастіше зустрічаються реакції другого порядку, першого, більш рідко третього.

Константа швидкості хімічної реакції є індивідуальною характеристикою швидкості даної реакції, не залежить від концентрації, визначається природою реагуючих речовин і при даній температурі є величина стала.

На основі закону діючих мас для реакцій різних порядків можуть бути виведені рівняння для обчислювання константи швидкості реакції.

Для першого порядку . Для другого порядку . Для третього порядку .

(4.5)

де τ – час, с₀ – початкова концентрація, с – концентрація в даний момент часу τ.

Одиниці виміру константи швидкості визначаються кінетичним рівнянням даної реакції. Одиниці виміру константи швидкості реакції першого порядку має розмірність [τ^-1], другого – [τ^-1·с^-1], третього – [τ^-1·с^-2].

Приклад 36.

В реакції першого порядку 20% вихідної речовини прореагувало за 4 години. Скільки відсотків речовини прореагує за 7 годин.

Розв’язок. З умов задачі випливає, що с₀ = 1, с = 0,8 ( оскільки реакція пройшла на 20%), згідно з рівнянням (4.5) запишемо:

год^-1. Звідси . Оскільки початкова концентрація с₀ = 1, то с = 1- 0,67 = 0,33. За 7 годин реакція пройде на 33%.