• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Швидкість гомогенної хімічної реакції. Закон діючих мас. Порядок реакції

ХІМІЧНА КІНЕТИКА

При незмінному об’ємі під швидкістю хімічної реакції розуміють зміну концентрації будь-якого з її учасників в одиницю часу:

,

(4.1)

Відповідно до закону діючих мас швидкість елементарної хімічної реакції аА + вВ → еЕ + fF в будь який момент часу виражається рівнянням

чи ,

(4.2)

К₁, К₂ – константи швидкості реакції, які чисельно дорівнюють швидкості при одиничних концентраціях (чи парціальних тисках); С_А, С_В – концентрації реагуючих речовин; Р_А, Р_В – парціальні тиски речовин.

Математична залежність швидкості хімічної реакції від концентрації (парціальних тисків) реагуючих речовин зветься кінетичним рівнянням і має вигляд степеневого рівняння, в якому показники степеня при добутках, які виражають концентрацію, називають порядком реакції по даній речовині. Сума показників степеня в кінетичному рівнянні являє собою загальний порядок реакції.

Якщо реакція елементарна, проста, одностадійна, і механізм її перебігу розкривається хімічним рівнянням реакції, то порядок реакції по речовинам дорівнює відповідним стехіометричним коефіцієнтам рівняння реакції, тобто

,

(4.3)

Якщо реакція складна, багатостадійна, то показники степеня при концентрації реагентів відрізняються від стехіометричних коефіцієнтів, тоді

.

(4.4)

Швидкість таких реакцій визначає сама повільна стадія.

За порядком хімічні реакції поділяються на реакції першого, другого, третього, нульового та дробового порядку. Порядок складних хімічних реакцій можна визначити тільки експериментально. Найчастіше зустрічаються реакції другого порядку, першого, більш рідко третього.

Константа швидкості хімічної реакції є індивідуальною характеристикою швидкості даної реакції, не залежить від концентрації, визначається природою реагуючих речовин і при даній температурі є величина стала.

На основі закону діючих мас для реакцій різних порядків можуть бути виведені рівняння для обчислювання константи швидкості реакції.

Для першого порядку . Для другого порядку . Для третього порядку .

(4.5)

де τ – час, с₀ – початкова концентрація, с – концентрація в даний момент часу τ.

Одиниці виміру константи швидкості визначаються кінетичним рівнянням даної реакції. Одиниці виміру константи швидкості реакції першого порядку має розмірність [τ^-1], другого – [τ^-1·с^-1], третього – [τ^-1·с^-2].

Приклад 36.

В реакції першого порядку 20% вихідної речовини прореагувало за 4 години. Скільки відсотків речовини прореагує за 7 годин.

Розв’язок.З умов задачі випливає, щос₀ = 1, с = 0,8 ( оскільки реакція пройшла на 20%), згідно з рівнянням (4.5) запишемо:

год^-1. Звідси . Оскільки початкова концентрація с₀ = 1, то с = 1- 0,67 = 0,33. За 7 годин реакція пройде на 33%.

4.2 Вплив температури на швидкість хімічної реакції

З підвищенням температури швидкість хімічної реакції збільшується.

Для приблизної оцінки впливу температури на швидкість хімічної реакції використовується емпіричне правило Вант-Гоффа:

підвищення температури на кожні 10 К збільшує швидкість більшості реакцій в 2-4 рази.

чи

(4.6)

γ – температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції; n – будь яке ціле чи дробове число.

Температурний коефіцієнт можна визначити, якщо відомі константи швидкості для двох будь яких температур:

(4.7)

Використовуючи це рівняння, якщо відомий температурний коефіцієнт та константа швидкості при одній температурі, можна визначити константу швидкості хімічної реакції при іншій температурі.

Температурний коефіцієнт має постійне значення для невеликих інтервалів температур. З підвищенням температури γ зменшується.

В більш широкому інтервалі температур залежність константи швидкості хімічної реакції від температури може бути проілюстровано рівнянням Арреніуса:

чи ,

(4.8)

де Е_А – енергія активації реакції, яка дорівнює надлишковій енергії, яка необхідна для здійснення елементарного акту реакції. Вона мало залежить від температури і є величиною сталою для даної реакції.

За величиною енергії активації можна робити висновки щодо швидкості перебігу процесу. Чим менше значення енергії активації, тим більша швидкість процесу. Для більшості реакцій величина енергії активації знаходиться у межах 80 - 240 .

Приклад 37.

Розрахувати енергію активації та константу швидкості при 800 К, якщо константа швидкості цієї реакції при 629 та 716 К відповідно складають 2,5·10 ^-3 та 0,14 .

Розв’язок. Згідно рівнянню (4.8) запишемо: ; .

З рівняння (4.8). випливає, що , приймаємо, що Т₁ = 716 К, Т₂ = 800 К, тоді

,

.

Приклад 38.Визначити в скільки разів збільшиться швидкість хімічної реакції при підвищенні температури від 20 до 50 ⁰С, якщо температурний коефіцієнт складає 2,2.

Розв’язок. Згідно рівнянню (4.7) запишемо: рази.

Приклад 39.При якій температурі, яка відрізняється від стандартної, необхідно проводити реакцію, щоб її швидкість збільшилась в 40 разів? Температурний коефіцієнт складає 3,2.

Розв’язок. Якщо рівняння (4.7) прологарифмувати, отримаємо:

, тоді

, звідси Т₂ = 35,6 ⁰С.

Читайте також:

1. II. Основні закономірності ходу і розгалуження судин великого і малого кіл кровообігу
2. IV. Закони ідеальних газів.
3. IV. Закономірності структурно-функціональної організації спинного мозку
4. The peace – порядок
5. VIII. Реакції, в результаті яких утворюються високомолекулярні сполуки
6. Vу -швидкість ударника
7. А.1. Порядок Magnoliales - магнолієцвіті
8. Аварії з викидом (загрозою викиду) сильнодіючих отруйних речовин на об'єктах економіки.
9. Аваріїз витоком сильнодіючих отруйних речовин.
10. Аварійне та довгострокове прогнозування хімічної обстановки
11. Авілум – “син чоловіка” – повноправна людина, охороні його життя, здоров’я, захисту його майнових інтересів присвячена значна частина законника.
12. Аграрне право та законодавство США, Німеччини, Франції, Великої Британії, Ізраїлю, Польщі, Росії

Переглядів: 1454