Кинетика химических реакций

Скорость химической реакции измеряется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени и зависит от концентрации реагирующих веществ. Эта зависимость при равных концентрациях всех реагирующих веществ выражается уравнением:

, (1)

где – скорость реакции; с – концентрация любого из вступающих в реакцию веществ; t – время, отсчитываемое от начала реакции; K – константа скорости реакции; n – порядок реакции.

Если n = 1, то реакция называется реакцией 1-ого порядка; если n = 2, то реакцией 2-го порядка и т.д.

Для реакций 1-го порядка уравнение (1) принимает вид

.

После интегрирования получим

, (2)

где и – концентрации исходного вещества в моменты времени t₁ и t₂.

Как видно из уравнения (2), числовое значение константы скорости не зависит от способа выражения концентрации, следовательно, отношение концентраций может быть заменено равным ему отношением пропорциональных концентрациям величин.

Для реакции 2-го порядка имеем

;

после интегрирования

, (3)

при t = 0

,

где с ₀ – начальная концентрация исходных веществ; с – концентрация исходных веществ в момент времени t.

Если концентрации реагирующих веществ неодинаковы, то скорость реакции 2-го порядка выражается уравнением

, (4)

где с ₁ и с ₂ – концентрации двух реагирующих веществ, вступивших в реакцию равным числом моль.

Для интегрирования уравнения (4) введем новую переменную x, равную числу моль первого (или второго) вещества, вступившего в реакцию к моменту времени t.

Если объем реакционной смеси V постоянен, число моль первого вещества до начала реакции равно a, число моль второго вещества равно b, то в момент времени t имеем

и

.

Подставив значения C₁ и С₂ в уравнение (4), получим:

,

или при V = 1

. (5)

Проинтегрировав уравнение (5) и решив его относительно K, запишем:

, (6)

где и - число моль первого (или второго) вещества, прореагировавшего к моментам t₁ и t ₂ соответственно.

Скорость реакции, а, следовательно, и константа скорости быстро возрастают с повышением температуры.

Количественно зависимость между константой скорости и температурой выражается уравнением

,

или

, (7)

где T₁ и T₂ – абсолютные температуры; K₁ и K₂ – соответствующие этим температурам константы скорости; E – энергия активации, т.е. та минимальная энергия, рассчитанная на 1 моль, которую должны приобрести молекулы реагирующих веществ, чтобы при столкновении они могли вступить во взаимодействие.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6