Основы формальной кинетики.

5.3. Кинетика необратимых реакций

5.3.1. Реакции нулевого порядка ( ) – это реакции, скорость которых не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Реакции нулевого порядка протекают, если:

а) концентрация исходного вещества автоматически поддерживается постоянной (например, в насыщенном растворе, находящемся в равновесии с избытком нерастворенного вещества);

б) при протекании фотохимических и каталитических реакций, скорость которых определяет количество поглощенного света и количество катализатора.

Для реакции нулевого порядка

основной закон химической кинетики записывают:

.

В результате интегрирования, получим:

. (214)

где – начальная концентрация вещества в момент времени .

Зная константу скорости реакции, можно рассчитать концентрацию реагирующих веществ в любой момент времени:

. (215)

Для характеристики скорости реакции часто используют время полупревращения или полураспада , т.е. время, в течение которого начальная концентрация исходного вещества снижается на половину .

Для реакции нулевого порядка:

, .

5.3.2. Реакции первого порядка ( ).

Пусть протекает реакция первого порядка:

.

Уравнение скорости химической реакции 1 порядка имеет вид:

.

Отсюда имеем:

. (216)

Из уравнения (216) можно получить уравнение для расчета концентрации вещества в любой момент времени:

. (217)

Получим уравнение для времени полупревращения :

, .

Как видно, время полупревращения реакции 1 порядка не зависит от концентрации исходного вещества и обратно пропорционально константе скорости реакции.

Константа скорости мономолекулярных реакций характеризует среднюю продолжительность жизни отдельных молекул, которая равна обратной величине константы скорости и не зависит от начальной концентрации реагирующего вещества

.

5.3.3. Реакции второго порядка ( ).

Для необратимой реакции второго порядка:

,

кинетическое уравнение реакции имеет вид

.

Откуда после интегрирования получим:

, (218)

где – исходная концентрация вещества .

Полученное уравнение применимо для случая, когда исходные концентрации реагирующих веществ различны, т.е. .

Для случая, когда .

. (219)

Текущую концентрацию вещества можно рассчитать по формуле:

. (220)

Время полупревращения вещества для реакции 2 порядка при рассчитывают по уравнению:

, .

Таким образом, время полупревращения и константа скорости реакции второго порядка обратно пропорциональна начальной концентрации исходного вещества.

5.3.4. Реакции го порядка.

Для частного случая, когда концентрации всех реагирующих веществ одинаковы и системы постоянен, кинетическое уравнение можно представить в виде:

.

Уравнение для константы скорости запишется

. (221)

Время полупревращения и константа скорости реакции го порядка обратно пропорциональны начальной концентрации исходного вещества в степени :

.

.