Элементарные кинетические уравнения. Скорость реакции. Константа равновесия обратимой реакции

Кинетика биол процессов изучает закономерности протекания хим р-й во времени и их мех-мы. Пр: обмен веществ, образует сложную систему сопряжённых реакций:

1. тип – последовательных;

2. тип – параллельных;

3. тип – циклических.

Понят скорости р-ии характ количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени. В сложных реакциях следует говорить не о скорости хим процесса, а о скорости по некоторому определённому компоненту.

В замкнутой с-ме, где изменение кол-ва в-ва происходит в рез-те хим. р-ции, это изменение м.б определено как dn\dt, где n - число молей рассматриваемого вещества.

В замкнутой сист скоростью гомофазного хим проц по некоторому компоненту: v=l/V*dn/dt

Применительно к исх в-ам принято говорить о скорости расходования в-ва. Скоростью расходования исх в-ва в гомофазном хим процессе в замкнутой системе называется уменьшение кол вещ-ва в единицу времени в единице объёма, скорость гомофазного гомогенного хим процесса не зависит от объёма реакц смеси.

Скорость гетерогенного гомофазного проц зависит от отношения поверхности раздела фаз, на которой проходит хим превращение, к объёму реакц смеси. Если гомофазный процесс протекает при постоянном объёме, то величина V может быть внесена под знак дифференциала в следующем уравнении: v=dC/dt

где С - концентрация. Т.о. для гомофазного хим процесса, идущ при постоянном объёме, скоростью процесса по некоторому компоненту называется изменение концентрации.

Рассмотрим р-цию , (10.1)

где А и В — исх вещ-ва, С и D — прод р-ии; ν — стехиометрические коэф.

Скорость реакции в целом равна скорости р-ции по данным в-вам, деленным на соответствующие стехиометрические коэф, то есть для реакции (10.1)

.

Если реакция явл простой, то есть протекает в одну стадию (одностадийная реакция), то зависимость скорости р-ии от конц в-в определяется законом действующих масс, который часто называют основным постулатом кинетики:

, (10.4)

где k — константа скорости реакции, не зависящая от конц реагирующих веществ. Физический смысл константы скорости состоит в том, что она равна скорости химической реакции при единичных концентрациях всех реагирующих веществ (например, C_A = C_B = 1 моль/л).

Однако практически все реакции в природе являются сложными, т.е. состоят из совокупности элементарных процессов (или стадий), идущих последовательно или параллельно. Скорость сложных реакций зависит от концентрации исходных, промежуточных веществ, а иногда и от концентрации продуктов реакции и инертных веществ. Обратимыми называются реакции, в которых наряду с превращением исходных веществ в продукты протекает с заметной скоростью и противоположно направленная реакция превращения продуктов в исходные вещества. В системах, в которых протекают такие реакции, через некоторое время достигается состояние химического равновесия.

Реакция одновременно протекает как в прямом (А превращается в В)константа скорости k1) , так и в обратном В превращается в А (k2) направлениях. Константа равновесия для обратимой реакции равна .

Поскольку вещество А расходуется в прямой реакции и образуется в результате обратной, то суммарная скорость изменения концентрации вещества А со временем описывается следующим уравнением

, (10.19)

где w1 и w2 — скорости прямой и обратной реакций, соответственно; С0А — начальная концентрация вещества А (начальная концентрация вещества В равна нулю); СА и СВ — текущте концентрации веществ А и В в момент времени t. В состоянии равновесия , где w1=w2,тогда ,

С b, равн — равновесная концентрация вещества В.