Levchenkov с
Физични и Colloid Chemistry
Обобщение на лекции за студенти от Биологически факултет на ТОИ (РСЕ)
2.1 Скоростта на химични реакции
2.1.1 Kinetic уравнение химична реакция. Редът на реакцията.
Един от предизвикателства пред химически кинетика, е да се определи състава на реакционната смес (т.е., концентрации на реагентите) по всяко време, което е необходимо да се знае зависимостта на скоростта на реакция на концентрацията. Като цяло, по-голяма от концентрацията на реагентите, толкова скоростта на химична реакция. химични кинетиката се основава на т. Н. основни постулат: химична кинетика
Скоростта на реакцията е директно пропорционална на продукта от концентрациите на реагентите, взети до известна степен.
Е. реакция
коефициента е константа на пропорционалност на скоростта на химична реакция. Константата на скоростта е числено равна на скоростта на реакцията при всички концентрации на реагентите, равни на 1 мол / л.
Зависимост на скоростта на реакция на концентрацията на реагентите се определя експериментално и се нарича от кинетичната уравнението на химическата реакция. Очевидно е, че за да се запише на кинетичната уравнението, че е необходимо да се определи експериментално големината на константите на скоростта и изразители на концентрации на реагентите. Експонентата при всяка концентрация на реагентите в кинетична уравнение химична реакция (в уравнение (II.4), съответно, X, Y и Z) е специална процедура за реакцията на този компонент. Сумата на експонентите в кинетична уравнението на химическа реакция (х + у + z) е обща за реакция. Трябва да се подчертае, че редът на реакцията се определя само от експерименталните данни и не е свързано с стехиометрични коефициенти на реагентите в уравнението на реакцията. Уравнението на стехиометрично реакция е уравнението на материален баланс и не могат по никакъв начин да се определи естеството на това време реакцията.
Кинетиката на химическата реакция за класифициране на най-голямата обща реакция. Ние считаме, че зависимостта на концентрацията на реагентите за времето за необратими (едностранни) нулеви отговори, първи и втори ред.
2.1.2 реакции нулев порядък
За нула реакция за кинетично уравнение има следната форма:
скорост на реакцията нулев порядък постоянна във времето и не зависи от концентрацията на реагентите; Това е типично за много хетерогенни (при достигане на интерфейса фаза) реакции в случая, когато скоростта на дифузия реагент на повърхността е по-малка от скоростта на техните химически трансформации.
2.1.3 реакция от първи порядък
Разглеждане на времевата зависимост на концентрацията на изходното вещество в случай на първи ред реакция А -> Б. Реакциите се характеризира с първи ред кинетична уравнение на формата (II.6). Ние замени изразът (II.2):
След интегрирането на израза (II.7) получаваме:
G константа на интеграция се определя от първоначалните условия: при време Т = 0 ° С концентрация е равна на началната концентрация Co. От това следва, че г = LN Co. получаваме:
Фиг. 2.3 Зависимост на логаритъма на концентрацията спрямо времето за реакции
първи ред
по този начин логаритъм на концентрацията на реакция от първи ред е линейно зависим от време (Фиг. 2.3) и скоростната константа е числено равно на ъгъла на допирателната линия на наклона на оста на времето.
От уравнение (II.9) е лесно да се получи експресия на постоянна скорост на реакцията на първи ред:
Друга характеристика на кинетичната реакцията t1 на полуживот / 2 - времето, през което концентрацията на изходния материал е намален наполовина в сравнение с оригинала. Изразява t1 / 2 за реакция от първи порядък, като се има предвид, че С = ½So:
Както се вижда от Производният израз, реакцията на половината от първи ред е независим от първоначалната концентрация на изходен материал.
2.1.4 Взаимодействие на втори ред
За реакции от втори ред кинетичната уравнение има следния вид:
Разглеждане на прост случай, когато кинетичната уравнението е от формата (II.14) или, еквивалентно, в уравнение форма (II.15) концентрация на изходните материали са еднакви; Уравнение (II.14) в този случай може да бъде пренаписана, както следва:
След разделяне на променливите и интегриране получаваме:
G константа на интеграция, както и в предишния случай, ние определяме на първоначалните условия. получаваме:
по този начин за втората реакция за с кинетичната уравнението на формата (II.14), характеризиращ се с линейна зависимост от взаимното концентрацията спрямо времето (фигура 2.4.) и с постоянна скорост, равна на ъгъла на допирателната линия на наклона на оста на времето:
Фиг. 2.4 Зависимост реципрочна концентрация спрямо времето за реакции
втори ред
Ако първоначалната концентрация на реагиращите вещества Co и Co А, В са различни, константа на скорост на реакцията се изчислява чрез интегриране на уравнение (II.21), при СА и С - концентрация на реагентите в момент от началото на реакцията:
В този случай, ние получаваме израз за константата на скоростта
Редът на химическата реакция има официално кинетична концепция, която физически смисъл за начално (едностъпална) реакция е както следва: реда реакция е броят на едновременно различни концентрации. В случай на начално реакция реда на реакцията може да е равно на сумата от коефициентите в реакцията стехиометрично уравнение; Въпреки това, като цяло, от порядъка на реакцията се определя само от експерименталните данни, в зависимост от реакционните условия. Разглеждат като например елементарен реакция на хидролиза на етил ацетат (EtOAc), кинетиката се изучават в лабораторна практика в физикохимията:
Ако провеждане на реакцията в подобни концентрации от етил ацетат и вода, общата ред реакция е две и кинетично уравнение има следната форма:
При извършване на същата реакция при условията на голям излишък на един от реагентите (вода или етил ацетат), концентрация на веществото в излишък, на практика непроменен, и могат да бъдат включени в скоростната константа; кинетичната уравнение за двете възможни случаи отнема следния вид:
2) излишък от етил ацетат:
В тези случаи ние се занимаваме с т.нар псевдо-реакция от първи порядък. Провеждане на реакцията с голям излишък на един от изходните материали се използва за определяне на специфичните реакционни поръчки.