5.3.2. Уравнение односторонней реакции второго порядка

А + В → С + D

2А → В + С

Пример: H₂ + J₂ = 2HJ;

2HJ = H₂+ J₂;

CH₃COOC₂H₅ + NaOH = CH₃COONa + C₂H₅OH.

-dс/d = kс₁с₂

При с₁ = с₂ получаем: -dс/d =kс² или -dс/ с² = k d. Интегрируем:

1/с = k + const.

При  = 0 → const = 1/с₀.

1/с - 1/с₀ = k или (с₀ – с)/сс₀ = k;

с₀ - с = x, где х – степень превращения; с = с₀ - x;

х /с₀(с₀ - с) = k;

k = (1/ )[x /с_o(с₀ - x)],

размерность - [время^-1концентрация^-1].

Константа скорости реакции второго порядка зависит от размерности концентрации.

Период полураспада: _1/2 = (1/ k) [x/ с₀(с₀ - x)], где x = 1/2с₀, тогда

_1/2 = 1 / kс₀.

Период полураспада зависит от начальной концентрации и не является характеристикой реакции второго порядка.

5.3.3. Уравнение реакции нулевого порядка

Скорость химической реакции не зависит от концентрации реагирующих веществ (реакции на границе раздела фаз, лимитирующим является процесс диффузии):

-dс/d = kс⁰; или -dс = k d.

Интегрируем, получаем: -с = k + const.

При  = 0 → const = -с₀. Получаем: -с = k - с₀;

k = (c₀ - c) / = x/,

размерность - [концентрация время^-1].

Период полураспада:

_1/2 = c₀ /2k

5.4. Методы определения порядка реакции и константы скорости

В кинетике реакций простых и сложных типов решаются главным образом следующие задачи:

1. Прямая задача: известен порядок реакции и ее константа скорости. Требуется найти концентрацию какого-либо из исходных веществ или продуктов реакции в определенный момент времени или найти время, за которое концентрация какого-либо из реагентов или продуктов реакции достигает определенного значения.

2. Обратная задача: получены экспериментальные данные по кинетике ранее не изученной реакции. Требуется определить порядок реакции и константу скорости.

Для определения порядка реакции необходимо иметь экспериментальные данные об изменении концентрации реагирующих веществ со временем:

с0	с1	с2	с3	с4	…..
0	1	2	3	4	…..

1. Метод подбора уравнений

Метод состоит в подстановке экспериментальных данных по концентрации веществ для каждого момента от начала реакции в кинетические уравнения различных порядков (этот прием ничего не дает, если порядок реакции превышает 3 или является дробным):

k = (с₀ - с) / = x/ (нулевой порядок);

k = (1/) lnс₀/с (первый порядок);

k = (1/) x /с₀с (второй порядок).

Порядок реакции будет соответствовать тому уравнению кинетики, для которого при различных начальных концентрациях исходных веществ и в различные моменты времени при заданной температуре константа скорости будет величиной постоянной.

2. Графические интегральные методы

нулевой порядок: первый порядок второй порядок

Рис. 5.1. Изменение концентрации во времени для реакций различных порядков

Находят такую функцию от концентрации, отложив которую на графике, в зависимости от времени, получают прямую линию (рис. 5.1.).