A kinetikai egyenlete a kémiai reakció
Az egyik a kihívásokat kémiai kinetika által, hogy meghatározza az összetétele a reakcióelegy (azaz, a reagáló anyagok koncentrációit) bármikor, amely szükséges, hogy ismerjük a függését reakciósebesség a koncentrációt. Általánosságban, minél nagyobb a koncentrációja a reaktánsok, annál nagyobb a mértéke egy kémiai reakció. A kémiai kinetika alapul t. N. alapvető posztulátum kémiai kinetika:
A reakció sebessége egyenesen arányos a termék a reagáló anyagok koncentrációit, hozott bizonyos mértékig.
E. reakció
aA + BB + dD +. -> eE +.
A K együttható az arányossági tényező a kémiai reakció sebességét. A sebességi állandó számszerűen egyenlő a reakció sebességét minden koncentrációban a reagensek egyenlő 1 mol / l.
Függése a reakciósebesség a reaktánsok koncentrációja kísérletileg határozzuk meg, és az úgynevezett kinetikus egyenlet a kémiai reakció. Nyilvánvaló, hogy annak érdekében, hogy rögzítse a kinetikus egyenlet, meg kell kísérletileg nagyságának meghatározásához a sebességállandók és kitevők koncentrációban a reagensek. A kitevő minden egyes koncentrációjánál a reagensek kémiai reakció kinetikai egyenlet (egyenletben (II.4), illetve x, y és z) egy különleges eljárást a reakció ennek a komponensnek. A összege a kitevőket a kinetikus egyenlet a kémiai reakció (x + y + z) egy teljes reakció érdekében. Hangsúlyozni kell, hogy a sorrendben a reakció lefutását a kísérleti adatokat csak, és nem kapcsolódik a sztöchiometrikus együtthatók a reagensek a reakció egyenletben. A sztöchiometrikus reakció egyenletet az egyenlet a anyagmérleg és semmiképpen sem, hogy meghatározza a természete ennek a reakcióidő.
A kémiai reakció kinetikája osztályozni legnagyobb általános reakciót. Úgy véljük, a függőség a reagensek koncentrációja, hogy az idő irreverzibilis (egyoldalú) nulla válaszok első- és másodrendű.
nullarendűkinetikák
Zéró-rendű reakciókinetikai egyenlete a következő formában:
Nulla rendű reakció sebessége időben állandó, és nem függ a reagáló anyagok koncentrációit; Ez jellemző a sok heterogén (elérésekor a fázishatár) reakciók az esetben, ha az arány a reaktáns diffúziós hogy a felület kisebb, mint az arány a kémiai átalakulások.
Elsőrendű reakció
Tekintsük az idő függvényében a koncentrációt a kiindulási anyag egy esetén elsőrendű reakció A -> B A reakciókat jellemzi elsőrendű kinetikus egyenlet formájában (II.6). Mi helyettesíti a kifejezést (II.2):
Integrálása után a kifejezést (II.7) kapjuk:
G állandó integrációs határozzuk meg a kezdeti feltételeket: a t = 0 C koncentráció egyenlő a kezdeti koncentráció Co. Ebből következik, hogy g = ln Co. kapjuk:
így koncentrációja logaritmusának az elsőrendű reakció lineárisan függ az időt (ábra. 2.3), és a sebességi állandó számszerűen egyenlő a húzott érintő dőlésszöge, hogy az időtengely.
Egyenletből (II.9) könnyű elérni azt a kifejezést sebességi állandó elsőrendű reakció:
Egy másik jellemzője a kinetikus reakció felezési t1 / 2 - az időt, amely alatt a koncentráció a kiindulási anyag a felére csökken, mint az eredeti. Express a t1 / 2 elsőrendű reakció, figyelembe véve, hogy a C = ½So:
Amint az ábrából származtatott kifejezés, az a félig-elsőrendű reakció független a kezdeti koncentráció a kiindulási anyag.
másodrendű reakció
A reakciók másodrendű kinetikai egyenlet a következő formában:
Tekintsük az egyszerű esetben, amikor a kinetikai egyenlet a forma (II.14), vagy ezzel ekvivalens, egyenlet formájában (II.15) koncentrációja a kiindulási anyagok azonosak; Egyenlet (II.14) ebben az esetben lehet újraírni az alábbiak szerint:
Az elválasztás után a változók és az integráció kapjuk:
G állandó integráció, mint az előző esetben, mi határozza meg a kezdeti feltételek. kapjuk:
így egy másodrendű reakció kinetikai egyenlet formájában (II.14), azzal jellemezve, hogy lineáris összefüggés a kölcsönös koncentráció -idő (2.4 ábra.), és állandó sebessége egyenlő az érintő dőlésszöge az idő tengely:
Ábra. 2.4 A függőség kölcsönös koncentráció-idő egy másodrendű reakciók.
Ha a kezdeti koncentráció a reagáló anyagok Co, és a Co A, B jelentése eltérő, a reakció sebességi állandója található integrálásával egyenlettel (II.21), ahol a Ca, Cb - reaktánsok koncentrációja a t időpontban a a reakció kezdetétől:
Ebben az esetben megkapjuk a kifejezés a sebességi állandó
Az, hogy a kémiai reakció egy formális kinetikai fogalom, amely a fizikai jelentését az elemi (egyfokozatú) reakció a következő: a reakció sorrendje a egyidejűleg számos különböző koncentrációkban. Abban az esetben, az elemi reakció sorrendje a reakció lehet egyenlő az összege az együtthatók a sztöchiometriai egyenletekkel reakció; Azonban, általában, a sorrendben a reakció lefutását a kísérleti adatokat kizárólag, attól függően, hogy a reakció körülmények között. Tekintsük példaként elemi hidrolízises reakciót etil-acetát (EtOAc), a kinetika tanulmányozták laboratóriumi gyakorlat a fizikai kémiában:
Ha a reakció végrehajtása hasonló koncentrációban etil-acetátot és vizet, a teljes reakció érdekében, két és kinetikai egyenlet a következő formában:
Végrehajtása során az azonos reakció körülményei között nagy feleslegben reagensek egyikével (víz vagy etil-acetát), az anyag koncentrációja feleslegben van jelen, gyakorlatilag változatlan, és lehet építeni a sebességi állandó; kinetikai egyenlet mindkét lehetséges esetben a következő alakú:
2) feleslegben etil-acetát:
Ezekben az esetekben is foglalkozunk az úgynevezett pszeudo-elsőrendű reakció. A reakció végrehajtása során egy nagy feleslegben egyik kiindulási anyagok meghatározására használt az adott reakció megrendeléseket.