Кинетическое уравнение и порядок реакции

Рис.10. Зависимость скорости реакции от времени проведения процесса. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов. Зависимость скорости реакций от давления в системе. Константа скорости химической реакции k определяется природой реагирующих веществ и зависит от температуры, от присутствия катализатора, но не зависит от концентрации веществ, участвующих в реакции.

Если в системе протекает несколько простых реакций, то каждая из них подчиняется основному постулату химической кинетики независимо от других реакций. Кинетика ― учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Одним из основных понятий в химической кинетике является скорость реакции.

Обычно время τ выражается в сек, поэтому размерность скорости реакции как правило, моль/л·сек. По мере уменьшения концентрации исходных веществ во времени (рис.1, кривая 1) скорость реакции падает. Выражение (1) называют также кинетическим уравнением реакции. Многие химические процессы, имеющие большое значение в технике, относятся к числу гетерогенных реакций. Поэтому второй особенностью кинетики этих реакций является влияние площади реакционной поверхности на скорость реакции.

1.5. Реакция первого порядка

Твердое вещество Fе2О3(К) в кинетическое уравнение не записывается. Пример 2. Для реакции:Si(ТВ) + 2Н2О(Г)® SiО2(ТВ) + 2Н2(Г)напишите выражение для кинетического уравнения.

Кремний (Si(ТВ)) ― твердое вещество, поэтому его концентрацию не учитываем в кинетическом уравнении. Следовательно, кинетическое уравнение (закон действующих масс) для данной реакции может иметь вид: V = k·С2Н2О. Размерность константы скорости в этом случае л/моль∙сек∙м2. В процессе реакции уменьшается концентрация реагента в зоне реакции CS по сравнению с его концентрацией в в объеме CV из-за расхода реагента.

В этом случае может наблюдаться нулевой порядок реакции по всем реагентам. Это значит, что в координатах V ― C скорость не зависит от концентраций реагентов, а зависит от скорости диффузии, величины поверхности и температуры, которые не входят в кинетическое уравнение.

Как и при повышении температуры, при введении катализатора повышается константа скорости реакции. Термодинамический метод изучения химических реакций позволяет сделать вывод о принципиальной возможности исследуемого процесса в тех или иных условиях и о глубине его протекания. В некоторых случаях необходимо увеличить скорость реакции, в других наоборот, уменьшить. Для рационального проведения химических реакций необходимо уметь управлять ими, знать зависимости скорости от различных параметров.

Однако путь перехода системы из начального в конечное состояние может быть достаточно сложным и «извилистым». Различают два типа химических реакций: гомогенные и гетерогенные. К гомогенным относят реакции, у которых и исходные вещества и продукты реакции находятся в одной фазе. Взаимодействие веществ в таких реакциях происходит по всему объёму.

Таким образом определяется средняя скорость реакции для заданного интервала времени. Не только знак, но и абсолютное значение скорости зависит от того, по какому из участников реакции она измерена. Поэтому большинство реакций протекают в несколько элементарных, простых стадий, в которых участвует небольшое число молекул.

Скорость всей реакции определяется скоростью её наиболее медленной стадии, которая и определяет механизм. Поэтому вводится понятие порядка реакции, который можно найти из кинетических уравнений, полученных экспериментально.

В подавляющем большинстве случаев порядок реакции по веществу отличается от стехиометрических коэффициентов уравнения реакции для этого вещества. К сожалению, кинетическое уравнение реакции может быть получено только при её экспериментальном изучении и не может быть выведено из стехиометрического уравнения.

Знание кинетического уравнения реакции в дифференциальной форме позволяет определить время достижения некоторой заданной концентрации реагирующего вещества (или продукта реакции). Определение – на основании феноменологической модели процесса – концентраций реагентов от времени проведения реакции составляет прямую задачу химической кинетики. Найдем кинетическое уравнение реакции второго порядка в интегральной форме, т.е. зависимость концентрации реагирующих веществ от времени протекания процесса.

То, что соотношение между начальными концентрациями влияет на степень превращения, следует из анализа кинетического уравнения реакции. Решение системы даёт возможность исследовать изменение концентраций реагирующих веществ в зависимости от времени протекания процесса. Скорость реакции средняя и истинная.

Двусторонние и односторонние реакции. Кинетическая классификация реакций. Одной из задач химической кинетики является количественное описание протекания химических реакций во времени при постоянной температуре в зависимости от концентраций реагирующих веществ. Химические реакции редко протекают в одну стадию, так как их принято записывать. Запись уравнения реакции можно рассматривать как символическое выражение материального баланса (закона сохранения вещества).

В большинстве же случаев довольно трудно найти молекулярность реакции. Так, если в реакцию вступает одна молекула, то такая реакция называется молекулярной реакцией. Если скорости химической реакции и диффузии сопоставимы, имеет место смешанный контроль. Уравнение химической реакции показывает начальное состояние системы (исходные вещества) и её конечное состояние (продукты реакции), но не отражает механизма процесса.

Смотрите также:

Похожие публикации:

  • Жерар ДепардьеЖерар Депардье В СМИ ранее появилась информация, что известный актёр Жерар Депардье распродал имущество в России и переехал жить в Бельгию. Депардье как был, так и продолжает оставаться хозяином квартиры […]
  • Лечение папиллом касторовым масломЛечение папиллом касторовым маслом Касторовое масло не образует пленку и не высыхает. Полезные свойства касторового масла были обнаружены людьми еще в древности. Аккуратно смазывайте ресницы касторовым маслом 2-3 раза в […]
  • Отличие хаски и маламутаОтличие хаски и маламута Маламут в отличие от хаски, не предназначен для участия в соревнованиях на скорость. Эти породы разные, Хаски и Лайки имеют разное предназначение. Маламут и хаски хоть и разные породы, но […]