1.2 Ecuația cinetică
Ecuația care descrie dependența ratei procesului chimic de concentrația componentelor amestecului de reacție se numește ecuația cinetică a procesului (ecuația diferențială a vitezei de reacție). Deci, pentru o reacție
1 A 1 2 A 2. 1 'A 1' 2 'A 2'.
Viteza poate fi descrisă de ecuația cinetică în forma generală:
W f (c A 1. c A 2. c A n).
Pentru o reacție elementară (o reacție care are loc într-o etapă), această dependență este dată de legea maselor care acționează; apoi pentru o reacție elementară (simplă)
1 A 1 2 A 2 produse
ecuația cinetică are forma:
unde C i este concentrația reactivului, k este constanta vitezei și Π este simbolul produsului
Conform legii acțiunii masei, viteza de reacție elementară este egală cu produsul dintre constanta vitezei de reacție (k) prin produsul concentrațiilor materiilor prime, luate în grade, egal cu coeficienții stoichiometrice.
Adesea, pentru reacțiile complexe, rata este proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților, ridicate într-o anumită măsură:
Adică, dacă viteza unei reacții se supune legii maselor care acționează, în general aceasta nu înseamnă că reacția este elementară. Există reacții complexe, ale căror viteză este descrisă formal de legea maselor acționând. Pe de altă parte, dacă rata reacției nu este descrisă de legea maselor care acționează, atunci aceasta este o indicație directă a complexității sale.
1.3 Constanta vitezei de reacție
Dacă ecuația cinetică are forma unei legi de putere:
W k c n 1 c n 2. c n i.
atunci coeficientul de proporționalitate (k) se numește constanta ratei sau rata specifică de reacție. Constanta de viteză servește ca măsură cantitativă a reactivității unei substanțe date într-o reacție dată. Din ecuația (6) rezultă că rata constantă este egală cu viteza de reacție la o concentrație a reactivului egală cu 1. Constanta de viteză nu depinde de concentrația reactivilor care intră în ecuația cinetică, ci depinde în principal de temperatură.
Exponentul la o concentrație în ecuația cinetică se numește ordinea reacției pentru o componentă dată (o anumită ordine -
n 1. n 2. n i). Suma exponenților de putere la concentrația din ecuația (6) se numește ordinea generală de reacție (n = n 1 + n 2 +. N i).
Dacă rata reacției nu se supune ecuației de putere (6), ci este exprimată de o altă dependență, de exemplu,
atunci K1 și K2 sunt numiți coeficienții pentru rata de reacție.
Forma ecuației cinetice și dependența ratei de reacție de concentrația reactivilor, caracterizată prin aceasta, rezultă dintr-un anumit mecanism al procesului și din condițiile specifice pentru implementarea acestuia. Prin urmare, fiecare ecuație cinetică este valabilă doar într-un anumit domeniu al condițiilor indicate (temperatură, presiune, compoziția amestecului de reacție, etc.). Dimensiunea constantei vitezei de reacție depinde de ordinea reacției (tabelul 1).
1.4 Ordinul și Molecularitatea
Ordinea de reacție pentru această componentă este exponentul în ecuația cinetică a formei:
W k c n 1 c n 2.
unde n 1. n 2 - ordinea de reacție pentru substanțele A1 și A2.
Este important de observat că exponenții n i din ecuația cinetică nu sunt coeficienți stoichiometrici ai ecuației de reacție chimică, ci ar trebui determinați din măsurătorile experimentale ale ratei de reacție.
Ordinea reacției este o valoare oficială, poate fi pozitivă, negativă, întregă, fracționată și, de asemenea, egală cu zero. Ordinea generală este egală cu suma exponenților puterilor
Amplitudinea ordinii reacției nu poate fi atribuită vreunui sens fizic, pentru aceasta este necesar să se găsească mecanismul și să se analizeze cum rezultă această ecuație cinetică.
Pentru reacțiile elementare sau stadiile elementare ale reacțiilor, ordinea reacției coincide cu coeficienții stoichiometrici care arată câte molecule dintr-o substanță dată participă simultan la un act de reacție elementar.
Molecularitatea reacțiilor este numărul de particule care participă la un act elementar, adică este egal cu suma valorilor întregi ale coeficienților stoichiometrici ai substanțelor inițiale. Reacțiile sunt monomoleculare, bimoleculare și trimoleculare. Participarea la un act elementar de mai mult de trei particule este extrem de puțin probabil.
Cele mai multe reacții chimice sunt un set de mai multe etape elementare consecutive și paralele, adică un mecanism complex are loc, prin urmare, moleculă și ordine, în general, nu coincid. Astfel, ordinea reacției indică numai exponentul în care concentrația substanței date intră în ecuația cinetică și molecula - prin mecanismul de interacțiune în actul elementar.
1.5 Reacții unidirecționale de ordinul întâi
Pentru o reacție elementară
ecuația cinetică are forma:
W dc A kc A; dt
(n i și c i sunt numărul de moli și, respectiv, concentrația substanței de pornire); 5. În ce unități este măsurată rata reacției chimice?
6. Ce metode există pentru calcularea ratei reacției chimice?
7. Care este diferența dintre rata de reacție reală și cea medie? Arătați această diferență grafic.
8. Este posibil să se afirme că în prima clipă viteza are cea mai mare valoare?
9. Dați conceptul ecuației cinetice.
10. Pentru ce reacții ecuația cinetică coincide cu legea maselor care acționează?
11. Cum este rata de reacție a interacțiunii hidrogen-oxigen
(2 H 2 O 2 2 HO 2), exprimată în termeni de hidrogen, cu ratele acestei reacții exprimate în alte componente?
12. Scrieți ecuația cinetică pentru reacția elementară:
13. Care dintre următorii factori afectează rata reacției chimice: natura reactanților, catalizatorul, solventul, temperatura?
14. Care este semnificația fizică a constantei de rată a unei reacții chimice? Care este dimensiunea constantei ratei? De ce depinde?
15. Cum se corelează constantele de rată ale ordinii a doua dacă concentrația și timpul reactivului sunt exprimate fie în mol / l și sec, fie în molecule / cm3 și sec;
16. Este posibil să se compare constantele de rată ale ordinelor diferite?
17. Care dintre următorii factori afectează constanta de viteză a reacției chimice: natura reactanților, concentrația reactanților, catalizatorul, solventul, temperatura?
18. Ce expresie grafică este o curbă cinetică?
19. Care este ordinea de reacție pentru o componentă dată și ordinea generală a reacției? Ce valori pot lua ordinea reacției?
20. Condiția constantă a vitezei din ce ordine nu depinde de concentrația inițială a substanței inițiale?
21. Explicați termenul "molecular" al reacției. De ce moleculitatea nu depășește trei? Pentru ce reacții ordinea și moleculitatea coincid?
22. Dacă ordinea reacției este egală cu una, este posibil să se afirme că reacția studiată are o moleculă egală cu unitatea?
23. Graficul grafului dependenței constantei vitezei de reacție de concentrația substanțelor inițiale.