Әдебиеттер тізімі

1. Пономарева К.С., Гугля В.Г., Никольский Г.С. Сборник задач по физической химии: Уч. пособие. - 2-е изд., испр. - М.: Издательский Дом МИСиС, 2008. – 340 с.

2. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е, Лунин В.В.Основы физической химии. Теория и задачи: Учеб.пособие для вузов. – М.:Издательство «Экзамен», 2005.- 480 с.

3. Пурмаль А.П. А, Б, В .. химической кинетики – М.:ИКЦ «Академкнига», 2004. - 277 с.:ил.

4. Котельников Г.И., Павлов А.В., Косырев К.Л. Термодинамика и кинетика металлургических процессов: физико-химические расчеты по термодинамике и кинетике поведения газов и неметаллических включений в стали. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2013. – 45 с.

№2 Практикалық жұмыс

Күрделі үдерістердің кинетикасы бойынша есептер

Жұмыс мақсаты: Күрделі реакцияның кинетикалық теңдігін шығару.

Жұмыс жоспары:

1. Күрделі реакцияның кинетикалық теңдігін шығару

2. Есепті шығару үлгісі.

3. Өздігінен шығаруға арналған есептер.

Кілт сөздер: молекулярлық, тізбектес реакциялар, паралелді реакциялар, қайтымды реакциялар.

Бақылау сұрақтары:

1. Физикалық ұғымдар: жылдамдық; химиялық әрекеттесу акті; реттілік

2. Тізбекті реакциялар жылдамдықтарын талдау.

3. Параллель реакциялар жылдамдықтарын талдау.

4. Қайтымды реакциялар жылдамдықтарын талдау.

Глоссарий:

1. Тізбектес үдерістер – аралық өнімдер түзу арқылы жүретін және соңында соңғы өнім алынатын бірнеше сатыдан тұратын күрделі үдерістер.

2. Паралель үдерістер – барысында бастапқы реагенттерден бір уақытта екі немесе бірнеше әртүрлі реакция өнімдері алынатын күрделі үдерістер.

3. Қайтымды үдерістер – жүру барысында реакция өнімі түзілуімен бірге оның бастапқы реагенттерге ыдырауы бірге жүретін үдерістер.

4. Тепе-теңдік уақыты – тепе-теңдік күйге жету үшін қажетті уақыт.

Негізгі заңдылықтар

Ретті реакцияның кинетикасы:

,

,

,

,

x – А заттың концентрациясының азаюы;

y – В сол уақыттағы аралық заттың концентрациясының азаюы,яғни, С түзілетін өнімнің концентрациясы.

.

Егер k₁ = k₂ = k, то

,

.

B

.

б

C

ірінші реттегі паралель реакцияларға арналған A

.

.

,

.

.

,

.

бірінші реттегі қайтымды реакцияларға арналған A B

,

,

,

,

k₁

_, - А және В сәйкесінші тепе-теңдік концентрациясы.

A

k_-1

+ B C + D

,

Есепті шығару үлгісі

Теориялық кіріспедегі бірінші және екінші ретті күрделі реакцияларды қарастырғанда, үрдіс сызбасындағы кішкене өзгеріс теңдеудің интегралды формасының айтарлықтай өзгеруіне әкелетіні туралы қорытынды жасалды. Тәжірибеде есептеудің дайын формулалары жоқ реакциялардың кинетикасын жиі зерттеуге тура келеді, соның ішінде, жеке сатылардың жылдамдық тұрақтыларын. Оларды анықтау үрдісі берілген процесстін берілген схемасы бойынша дифференциалды кинетикалық теңдеуді құру және оны интегралдаудан тұрады. Келесі үлгіде сол секілді есепті шешу көрсетіледі.

1-мысал. Қайтымды реакция бойынша 700 K-де ыдырау кинетикасын HI зерттеуде

2

k₁

k_-1

HI H_2­ + I₂

үрдіс басталуынан кейін 2 сағ соң HI бастапқы концентрациясы 1,681*10² моль/дм³ кезінде I₂ концентрациясы 9,866 * 10^-4 моль/дм³ болатыны анықталды. Уақыттың алғашқы моментінде сутегі және йод қатыспады. Эксперимент температурасы кезінде реакцияның тепе-теңдік тұрақтысы К_С 1,812*10^-2 тең деп, тіке және қайтымды реакцияның жылдамдық тұрақтыларын k₁және k_-1 есептеу.

Шешуі. Берілген реакция үшін дифференциалды кинетикалық теңдеуін жазамыз:

.

Мұндағы: ɑ - HI бастапқы концентрациясы, х – τ уақытта ыдырау үрдісі кезіндегі HI азаю. Онда үрдіске қатысатын барлық заттардың концентрациясы бұл моментте тең болады

Бұл концентрацияларды кинетикалық теңдеуге қоямыз:

Бірінші ретті реакция жағдайындағыдай, тепе-теңдік күйінде тепе-теңдік тұрақтысы жылдамдық тұрақтыларының қатынасына тең:

Масса заңдарына сәйкес,

(1)

Екі соңғы теңдеу бойынша k_-1 үшін формула аламыз және оны кинетикалық теңдеуге қоямыз:

Көпмүшелердің түбірін таба отырып

дифференциалды теңдеуді мына түрге өзгертеміз

Егер τ = 0 кезінде x = 0 болатынын ескерсек, онда интегралдаудан кейін аламыз

(1) теңдеуден k₁ анықтау үшін x_∞-ді табу керек. Квадратты теңдеудің бір түбірі – теріс, екіншісі 0,357*10^-2 моль/дм³ тең.

τ уақыт моментінде HI концентрациясы азаюы, реакция теңдеуіне сәйкес, қазіргі йод концетрациясынан екі есе коп болады:

2*9,866*10^-4 = 1,973*10^-3 моль/дм³.

Барлық белгілі мәндерді соңғы теңдеуге қойып, k₁ = 6,01*10^-4 дм³*моль^-1с^-1 табамыз. Қайтымды реакцияның жылдамдық тұрақтысын есептейміз:

дм³*моль^-1с^-1.

k₁

2-мысал. Реакциядағы А жартылай ыдырау периоды

k₂

X

A

k₃

Y

Z

10 мин тең. Реакция басталуынан 7 мин кейін өнімдер концентрациясы тең болды: С_Х = 0,15 моль/дм³, С_Y = 0.26 моль/дм³, С_Z = 0,04 моль/дм³.

Параллель үрдістердің жылдамдық тұрақтыларын анықтау.

Шешуі. Берілген реакциядағы заттың ыдырауы үшін кинетикалық теңдеуі бір жылдамдық тұрақтысының орнына жылдамдық тұрақтыларының қосындысы орналасатын бірінші ретті теңдеудің түріне ие болады:

Дәл солай жылдамдық тұрақтысы мен заттың жартылай ыдырау периодын байланыстыратын формула өзгереді:

Осыдан табамыз

Тұрақтыларды бөлек есептеу үшін, алдымен k₁, k₂, k₃-ды заттардың қазіргі концентрацияларымен байланыстыратын мәнді алу керек. Тәуелсіздік принципына сәйкес, әр параллель реакцияның жүруі, және оның жылдамдығы басқа реакцияның болуына тәуелсіз:

Теңдеулердің біріншісін екіншісіне, ал екіншісін үшіншісіне бөлу нәтижесінде:

Бұл арақатынастар теңдеуге ұқсас: параллель реакциялар үшін өнімдер концентрацияларының қатынасы тұрақты және бөлек сатылардың жылдамдық тұрақтыларының қатынасымен анықталады.

Уақыттың бастапқы моментінде реакция өнімдері қатыспағанын ескеріп, соңғы теңдеуді интегралдаймыз, нәтижесінде:

Үш белгісізі бар үш теңдеулі жүйеден

жылдамдық тұрақтыларын бөлек анықтаймыз: