Негізгі кинетикалық теңдеулер мен тәуелділіктер

ДӘРІС. Химиялық кинетика және катализ

Химиялық кинетика химиялық реакциялардың жылдамдығын және әртүрлі факторлардың оған көрсететін әсерін қарастырады.

Реакцияның жылдамдығы уақыт бірлігінде әрекеттесуші заттар концентрацияларының өзгеруімен анықталады.

Массалар әрекеттесуші заң бойынша химиялық реакцияның жылдамдығы берілген уақытта әрекеттесетін заттың концентрациясына пропорционал

типті реакциялар үшін жылдамдықтың математикалық өрнегі болады

(10.1)

Мүнда:С_Ажәне С_В– А және В заттардың берілген уақытта концентрациясы.

К– жылдамдық константа.

Жылдамдық константа заттардың табиғатына, температураға, қосымшалардың қатысуына (жеке жағдайда катализатордың), реакция жүретін ортаға тәуелді. Неғұрлым kмәні жоғары болса, соғұрлым реакция тез жүреді. Барлық кинетикалық реакцияларды реттілігі және молекулалығы бойынша ажыратады. Реакцияның молекулалығы химиялық әрекеттесуінің элементарлық актіне қатысатын молекулалардың санымен анықталады. Бұл қасиет бойынша реакциялар келесі түрлерге бөлінеді: мономолекулалы (бірмолекулалы) А®В, бимолекулалы (екімолекулалы) А+В®С немесе 2А®В және үшмолекулалы А+2В немесе 3А®В.

Кинетикалық теңдеуде бастапқы азттар дәрежесінің көрсеткіші сол зат бойынша реакцияның жеке реттілігі деп аталады. Келтірілген теңдеуде а – А зат бойынша жеке реттілік, b – В зат бойынша жеке реттілік. Жеке реттіліктер реакцияның теңдеуіндегі стехиометриялық коэффициенттерімен сәйкес келмеуі мүмкін. Реакцияның жеке реттіліктердің қосындысы реакцияның жалпы реттілігін береді. Реакциялардың бірінші, екінші, үшінші реттілі деп бөлінеді. Реакцияның реттілігі нольдік және бөлшектік болуы мүмкін.

Негізгі кинетикалық теңдеулер мен тәуелділіктер

Қайтымсыз бірінші ретті реакция. Бірінші ретті реакцияның жылдамдық константа шамасын келесі теңдеулерден есептеуге болады.

(10.2)

(10.3)

Мұнда: С - t уақыттағы бастапқы заттың концентрациясы;

С_x - t уақытқа дейін бастапқы зат концентрациясының кемуі, онда С = С₀ - С_x.

Реакцияның маңызды кинетикалық сипаттамасы ретінде жартылай ыдырау мерзімі t_1/2 саналады. Жартылай ыдырау мерзімі t_1/2 бастапқы заттың тең жартысы реакцияға түскен уақытын көрсетеді. С_x = 0,5С₀. Бірінші ретті реакциялар үшін:

(10.4)

Бірінші ретті реакция үшін lnСмен t арасындағы тәуелділікті 10.1 суреттегі түзу сызық көрсетеді.

tgj =-k

tgj = -k

10.1 сурет.

Қайтымсыз екінші ретті реакция.

Екінші ретті жылдамдық константаның теңдеуі келесі түрде болады:

немесе (10.5)

Жартылай ыдырау мерзімі тең:

(10.6)

1/С мен τарасындағы тәуелділікті 10.2 сурет көрсетеді: tgj=k

10.2 сурет.

Қайтымсыз үшінші ретті реакция. Негізгі кинетикалық теңдеу:

(10.7)

С = 0,5С₀ (10.7) қоятын болсақ, жартылай ыдырау мерзімінің теңдеуін аламыз::

(10. 8)

Концентрациялары бірдей үшінші ретті реакциялар үшін 1/С² мен арасындағы тәуелділік түзу сызық көрсетеді (10.3 сур.):

10.3 сурет.