Элементарное введение в химическую кинетику (стр. 2 из 2)

Периодические химические процессы во времена Вант-Гоффа и Аррениуса не были известны, и первой реакцией такого типа стала открытая лишь в самом начале 1950-х годов реакция Белоусова.

13) Кинетическое уравнение (при постоянном объёме реагирующей системы)

Для химической реакции вида

составляется дифференциальное уравнение, называемое кинетическим уравнением. В качестве переменной можно использовать концентрацию любого из реагентов или продуктов. Все они связаны условием материального баланса, и потому получаем:

. (1.9)

Отсюда выбираются наиболее удобные переменные. Так скорость всегда можно выразить через концентрацию лишь одного из реагентов, или одного из продуктов, а именно:

. (1.10)

Эти выражения записаны здесь на чисто формальном основании закона действующих масс. Оба выражения не являются линейно независимыми и связаны между собой уравнениями материального баланса (см. уравнение для числа пробегов реакции). На основе материального баланса все концентрации заменяются единой переменной, и это даёт возможность разделить переменные в кинетическом уравнении. Результатом его интегрирования являются зависимости концентраций всех участников от времени. Выбор конкретной переменной для разделения переменных и интегрирования уравнения зависит лишь от соображений удобства и в первую очередь от имеющихся в распоряжении исследователя экспериментальных данных.

Основные задачи химической кинетики (см. Эмануэль и Кнорре, стр. 179-180)

А) Прямая задача:

- Известна схема реакции, и известны параметры всех её элементарных стадий

.

- Требуется найти концентрации компонентов как функции времени.

Б) Обратная задача:

- Имеются экспериментальные кинетические зависимости в виде:

а) зависимостей концентраций веществ (Ci) от времени или

б) зависимостей скоростей (ri) от концентраций компонентов реакции.

-Требуется выяснить механизм реакции, т.е. установить совокупность элементарных стадий и подобрать оптимальную систему кинетических уравнений для описания опытных данных, а именно: порядки и константы скоростей элементарных стадий

.

Кинетические уравнения простых реакций

Рассмотрим следующие случаи :

- реакции 0-го; 1-го; 2-го; 3-го порядков:

- с различными начальными концентрациями различных реагентов,

- с равными начальными концентрациями различных реагентов;

- для реакции 3-го порядка ограничимся равными начальными концентрациями реагентов;

- превращение единственного реагента при произвольном порядке реакции.

1) Односторонняя реакция 0-го порядка:

. (1.11)

2) Односторонняя реакция 1-го порядка:

. (1.12)