Levchenkov cu
Chimie Fizică și coloid
Rezumatul cursuri pentru studenții de la Facultatea de SFU biologice (RSU)
2.1 Frecvența reacțiilor chimice
2.1.1 reacție chimică ecuație cinetică. Ordinea de reacție.
Una dintre provocările cu care se confruntă cinetica chimică, este de a determina compoziția amestecului de reacție (adică, concentrațiile reactanților) în orice moment, ceea ce este necesar să se cunoască dependența vitezei de reacție de concentrația. În general, cu cât concentrația reactanților, cu atât mai mare viteza unei reacții chimice. Cinetica chimică se bazează pe t. N. cinetica chimică postulat de bază:
Viteza de reacție este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților, luate într-o anumită măsură.
E. Reacția
Coeficientul k este constanta de proporționalitate a vitezei de reacție chimică. Constanta de viteză este numeric egală cu viteza de reacție la toate concentrațiile reactanților egale cu 1 mol / l.
Dependența vitezei de reacție asupra concentrației reactanților este determinată experimental și se numește prin ecuația cinetică a reacției chimice. Evident, pentru a înregistra ecuația cinetică, este necesar să se determine experimental magnitudinea constantele vitezei și exponenților la concentrații ale reactanților. Exponentul la fiecare concentrație a reactanților într-o ecuație cinetică de reacție chimică (în ecuația (II.4), respectiv, x, y și z) este o procedură specială pentru reacția acestei componente. Suma exponenților în ecuația cinetică a reacției chimice (x + y + z) este o ordine generală de reacție. Trebuie subliniat faptul că ordinea de reacție este determinată doar din datele experimentale și nu este legată de coeficienții stoichiometrice de reactanți în ecuația reacției. Ecuația reacției stoichiometric este ecuația de bilanț material și poate, în nici un mod de a determina natura acestui timp de reacție.
Cinetica reacției chimice pentru a clasifica cea mai mare reacție generală. Considerăm dependența concentrației reactanților asupra timpului pentru ireversibile (unilaterale) la zero răspunsuri, primul și al doilea ordin.
2.1.2 Reacțiile de ordinul zero
Zero reacție, pentru ecuația cinetică are următoarea formă:
viteză de reacție de ordinul zero constantă în timp și nu depinde de concentrațiile reactanților; Acest lucru este tipic pentru multe eterogene (la atingerea interfața de fază) reacțiile în cazul în care viteza de difuzie reactant la suprafață este mai mică decât rata transformărilor chimice ale acestora.
2.1.3 Reacția prim ordin
Să considerăm dependența de timp a concentrației substanței de pornire A în cazul primului ordin de reacție A -> B. Reacțiile sunt caracterizate printr-o ecuație cinetică de ordinul întâi a formei (II.6). Înlocuim expresia (II.2):
După integrarea expresiei (II.7) obținem:
G constantă de integrare este determinată de condițiile inițiale: la momentul t = 0 concentrație C este egală cu concentrația inițială Co. Rezultă că, g = ln Co. obținem:
Fig. 2.3 Dependența logaritmului concentrației în funcție de timp pentru reacții
prima comandă
astfel logaritmul concentrației reacției de ordinul întâi este liniar dependentă de timp (fig. 2.3) și constanta vitezei este numeric egal cu unghiul liniei tangente de înclinare față de axa timpului.
Din ecuația (II.9), este ușor să se obțină o expresie pentru constanta reacției de ordinul ratei:
O altă caracteristică a reacției cinetice este timpul de înjumătățire t1 / 2 - timpul în care concentrația materialului de pornire este redus la jumătate comparativ cu originalul. Exprimă t1 / 2 pentru o primă reacție comandă, având în vedere că C = ½So:
După cum se vede din expresia derivată, reacția jumătate de prim ordin este independentă de concentrația inițială a materialului de pornire.
2.1.4 Reacția ordinul doi
Pentru reacțiile de a doua ecuație cinetică are următoarea formă:
Să considerăm cazul simplu în care ecuația cinetică este de forma (II.14) sau, echivalent, în formă ecuația (II.15) concentrația materiile prime sunt aceleași; Ecuația (II.14), în acest caz, poate fi rescrisă după cum urmează:
După separarea variabilelor și integrare obținem:
G constantă de integrare, la fel ca în cazul precedent, vom defini condițiile inițiale. obținem:
astfel pentru a doua reacție comandă cu ecuația cinetică a formei (II.14), caracterizată printr-o dependență liniară a concentrației reciproce în funcție de timp (Figura 2.4.) și o viteză constantă egală cu unghiul liniei tangente de înclinare față de axa timpului:
Fig. 2.4 concentrare reciprocă Dependență față de timp pentru reacții
Pentru a doua
În cazul în care concentrația inițială a substanțelor reactive Co și Co A, B sunt diferite, constanta vitezei de reacție este găsit prin integrarea ecuației (II.21), în care Ca și CB - concentrația reactanților la momentul t de la începutul reacției:
În acest caz, vom obține expresia pentru constanta de viteză
Ordinea reacției chimice are un concept cinetic formal, care semnificația fizică pentru reacția elementară (o singură etapă) este următoarea: ordinea de reacție este numărul de concentrații simultan diferite. În cazul ordinului de reacție elementară a reacției poate fi egală cu suma coeficienților în reacție ecuația stoechiometrică; cu toate acestea, în general, ordinea de reacție este determinată doar din datele experimentale, în funcție de condițiile de reacție. Să considerăm, de exemplu, reacția de hidroliză elementară de acetat de etil (EtOAc), cinetica sunt studiate in practica de laborator în chimie fizică:
Dacă efectuează reacția la concentrații similare de acetat de etil și apă, ordinea generală de reacție este de două și ecuația cinetică are următoarea formă:
La efectuarea aceeași reacție în condițiile unui exces mare de unul dintre reactivii (apă sau acetat de etil), concentrația de substanță prezentă în exces, practic neschimbat, și pot fi încorporate în constanta de viteză; Ecuația cinetică pentru cele două cazuri posibile, ia forma următoare:
2) Un exces de acetat de etil:
În aceste cazuri, avem de-a face cu așa-numitul pseudo-prim ordin de reacție. Efectuarea reacției cu un exces mare de una dintre materiile prime este utilizată pentru determinarea ordinelor de reacție particulare.