Обратимые реакции

Обратимыми (двусторонними) в кинетике называют реакции, которые протекают одновременно, как в прямом, так и в обратном направлении.

В этом смысле почти все химические реакции являются двусторонними. В ходе их протекания исходные вещества образуют продукты, которые, вступая во взаимодействие между собой, образуют снова молекулы исходных веществ. Пока скорости этих процессов неодинаковы, происходят заметные изменения количества реагентов. Если скорости прямого и обратного процессов становятся равными, то наступает динамическое равновесие. В этом случае концентрации реагентов перестают изменяться и подчиняются термодинамическому закону действующих масс. Если же скорость обратной неизмеримо меньше скорости прямой реакции, то такая реакция считается кинетически необратимой. Это может произойти, если продукты быстро удаляются из зоны реакции и не успевают вступать во взаимодействие. Например, при выделении газа или выпадении осадка. Заметим, что обратимые (двусторонние) реакции в кинетике не соответствуют термодинамически обратимому процессу. В первом случае речь идет о направлении процесса, во втором – о способе его проведения.

Рассмотрим наиболее простой тип обратимых реакций с мономолекулярными стадиями. Задача состоит в определении констант прямой и обратной реакций.

k₁

А В

k₂

t = 0 a 0

t a - x x

t = ∞ a - x_равн. x_равн.

Составим дифференциальное кинетическое уравнение для А.

. ( 3.16)

В момент равновесия

. ( 3.17)

В любой момент времени t, заменив в уравнении (3.16) (k₁+k₂) из уравнения (3.17), и С_А = (a – x)

,

Таким образом, зная концентрации реагента в начальный момент времени и в момент времени t, а также в момент равновесия, можно определить k₁ и k₂ по уравнениям (3.18) и (3.19). х _равн. может быть найдено по закону действующих масс, если известна константа равновесия.

При равновесии

то есть, отношение констант скоростей прямой и обратной реакций равно константе равновесия обратимой реакции. k ₁ и k ₂ можно найти, решая систему уравнений (3.19) и (3.20).

Можно получить уравнение для количества прореагировавшего вещества А в любой момент времени t.

Из уравнения (3.19)

откуда получаем

(3.21)