Методи визначення порядку реакції

Інтегральний метод підбору кінетичного рівняння. Експериментальні значення поточної концентрації і часу підставляють в рівняння для констант швидкостей реакцій різних порядків. Рівняння, за яким одержують сталі значення константи швидкості, описує кінетику досліджуваного процесу.

Іншим варіантом цього методу є подання експериментальних значень с і τ у координатах, що дають лінійні залежності. Для реакції першого порядку графік буде лінійним в координатах lnс – τ, другого порядку – в координатах 1/с – τ, третього порядку – в координатах 1/с² – τ.

Інтегральний метод періоду напівперетворення. Вивчають залежність періоду напівперетворення від початкової концентрації реагуючої речовини. Для реакцій першого порядку τ_1/2 не залежить від с₀, для реакцій другого порядку він обернено пропорційний с₀, для реакцій третього порядку – обернено пропорційний с_о².

τ

Диференційний метод Вант-Гоффа. Прологарифмуємо рівняння для швидкості реакції

υ = k cⁿ

одержимо lnυ = lnk + nlnc рівняння прямої в координатах ln υ – ln c, тангенс кута нахилу якої дорівнює порядку реакції n. Отже, визначаючи швидкість реакції при різних концентраціях реагуючої речовини, можна знайти порядок реакції.

Для визначення швидкості реакції будують кінетичну криву в координатах с – τ (рис). Швидкість реакції дорівнює тангенсу кута нахилу дотичної до кривої в даній точці, яка відповідає певній концентрації.

Приклади розв’язування задач

Задача 1. Перетворення пероксиду бензоілу на диетиловий ефір (реакція першого порядку) при 333 К  пройшла за 10 хв на 75,2 %. Обчисліть константу швидкості реакції.

Розв’язування. Запишемо рівняння константи швидкості першого порядку і підставимо в нього відповідні значення:

Відповідь: k = 0,140 хв^-1.

Задача 2. При збільшенні концентрації речовини А в 1,6 рази швидкість хімічної реакції зростає в 2,56 рази. Який порядок реакції?

Розв’язування. У рівняння швидкості реакції підставляємо дані значення:

υ = k∙Cⁿ ,

2,56 = 1,6ⁿ.

З одержаного рівняння визначаємо, що n = 2. Отже, реакція другого порядку.

Задача 3. Визначити час, за який прореагує 90 % мурашиного альдегіду, якщо змішати певну його кількість з еквімолярною кількістю розчину пероксиду водню, якщо константа швидкості цієї реакції k = 0,7544 л/(моль∙год).

Розв’язування. Із розмірності константи швидкості реакції видно, що реакція відноситься до реакції другого порядку і константа швидкості реакції описується рівнянням:

Із даного рівняння виводимо формулу для визначення часу:

Визначаємо час за який прореагує 90 % мурашиного альдегіду, тобто поточна його концентрація буде: с = 0,1с₀:

Відповідь: τ = 11,93 год.

Заняття № 8

Тема: Хімічна кінетика реакцій. Вплив чинників на швидкість хімічних процесів. Визначення константи швидкості реакції йодування ацетону.

Актуальність: Більшість процесів у біології і медицині розвиваються в часі і характеризуються своєю динамікою проходження (обмін речовин у живих організмах, процеси розмноження та загибелі бактерій і вірусів, клітин тощо). Основна задача в таких випадках – з’ясувати можливість регульованого впливу різних факторів (середовища, ліків, лікувальних прийомів та методик) на динаміку проходження подібних процесів. Кінетика – це розділ фізичної хімії, який дозволяє кількісно описати проходження хімічної реакції та процесу в цілому і є інструментом, який дозволяє контролювати перебіг реакції чи процесу та підібрати необхідні умови для сприятливого їх проходження.

Навчальні цілі:

Знати:

• визначення молекулярності та порядку реакцій, закон дії мас;

• принцип незалежності в кінетиці реакцій складних типів;

• принцип лімітуючої стадії в кінетиці послідовних реакцій;

• основні формули для розрахунку кінетичних констант реакцій простих та складних типів.

Вміти:

• приготувати вихідну реакційну суміш;

• провести правильний відбір та аналіз проби реакційної суміші;

• розрахувати константу швидкості реакцій, вказавши її розмірність;

• провести статистичну обробку експериментальних результатів.