Formális kinetika
1.2 A kinetikus egyenlet
A kémiai folyamat sebessége a reakcióelegy komponenseinek koncentrációjára vonatkozó függvényt az eljárás kinetikus egyenletének (a reakciósebesség differenciálegyenletének) nevezik. Szóval, valamilyen reakcióért
1 A 1 2 A 2. 1 'A 1' 2 'A 2'.
A sebesség leírható a kinetikus egyenletben az általános alakban:
W f (c A 1. c A 2. c A n).
Az elemi reakció (egy szakaszban zajló reakció), ez a függőség a cselekvő tömeg törvénye; majd egy egyszerű (egyszerű) reakcióra
1 A 1 2 A 2 termék
a kinetikus egyenletnek a következő formája van:
ahol C i a reagens koncentrációja, k az állandó sebesség, és Π a termék szimbóluma
A mûködõ tömegek törvénye szerint az elemi reakció mértéke megegyezik a reakciósebesség-konstans (k) termékével a kiindulási anyagoknak a sztöchiometrikus együtthatókkal megegyezõ hatáskörben felvett koncentrációinak termékeivel.
Gyakran komplex reakciók esetén az arány arányos a reaktánsok koncentrációjának termékével, bizonyos mértékig emelkedve:
Ez azt jelenti, hogy ha valamely reakció sebessége megfelel a cselekvő tömegek törvényének, ez általában nem jelenti azt, hogy a reakció elemi. Komplex reakciók vannak, amelyek sebességét a cselekvõ tömegek törvénye írja le. Másrészt, ha a reakciósebességet nem írja le a cselekvő tömegek törvénye, akkor ez közvetlen jelzi összetettségét.
1.3 A reakciósebesség állandója
Ha a kinetikus egyenlet egy hatalmi törvény formája:
W k c n 1 c n 2. c n i.
akkor az arányossági tényezőt (k) nevezzük sebességi állandónak vagy meghatározott reakciósebességnek. A sebességi állandó az adott anyag reakcióképességének kvantitatív mérése egy adott reakcióban. A (6) egyenletből következik, hogy a sebességi állandó megegyezik a reakciósebességgel egy 1-es reagenskoncentrációval. A sebességi állandó nem függ a reagensek koncentrációjától, amely a kinetikus egyenletbe lép, de elsősorban a hőmérséklet függvénye.
A kinetikus egyenletben levő koncentrátum exponensét az adott komponens reakciójának sorrendjévé nevezzük (egy adott rend -
n 1. n 2. n i). A (6) egyenletben a koncentrációban levő teljesítményexponensek összegét általános reakciórendnek (n = n 1 + n 2 +, N i) nevezzük.
Ha a reakciósebesség nem felel meg a hatalmi egyenletnek (6), hanem egy másik függőség,
akkor K 1 és K 2 a reakció sebességének együtthatói.
A kinetikus egyenlet formája és a reakciósebességnek az általa jellemzett reagensek koncentrációjára való függése a folyamat bizonyos mechanizmusától és a végrehajtás konkrét körülményeitől függ. Ezért minden kinetikus egyenlet csak a feltüntetett körülmények bizonyos tartományában érvényes (hőmérséklet, nyomás, a reakcióelegy összetétele stb.). A reakciósebesség állandó mérete függ a reakció sorrendjétől (1. táblázat).
1.4 Rend és molekuláris
Ennek a komponensnek a reakciórendje a forma kinetikus egyenletében lévő exponens:
W k c n 1 c n 2.
ahol n 1. n 2 - az A 1 és A 2 anyagok reakciósorrendje.
Fontos megjegyezni, hogy az n i kinetikai egyenletben levő exponensek nem a kémiai reakcióegyenlet sztöchiometrikus együtthatói, hanem a reakciósebesség kísérleti méréseiből kell meghatározni.
A reakció sorrendje formális érték, lehet pozitív, negatív, egész, tört, és egyenlő nullával. Az általános rend megegyezik a hatalommegosztók összegével
A reakció sorrendjének nagysága nem tulajdonítható semmiféle fizikai jelentésnek, ezért szükséges megismerni a mechanizmust és elemezni, hogy ez a kinetikus egyenlet hogyan következik be.
A reakciók elemi reakciói vagy elemi szakaszai esetében a reakció sorrendje megegyezik a sztöchiometrikus együtthatókkal, amelyek azt mutatják, hogy egy adott anyag molekulái hányan egyidejűleg részt vesznek egy elemi reakcióban.
A reakciók molekuláris volta az elemi aktusban részt vevő részecskék száma, azaz ez megegyezik az eredeti anyagok sztöchiometrikus együtthatóinak egészértékének összegével. A reakciók monomolekulárisak, bimolekulárisak és trimolekulárisak. Részben több mint három részecske elemi aktusban való részvétel rendkívül valószínűtlen.
A legtöbb kémiai reakció több egymást követő és párhuzamos elemi szakasz, vagyis egy komplex mechanizmus sorozata, ezért a molekuláris és a rend általában nem esik egybe. Így a reakció sorrendje csak azt az exponenst jelöli, amelyben az adott anyag koncentrációja belép a kinetikus egyenletbe és a molekuláris - az elemi cselekvés interakciós mechanizmusával.
1.5 Az elsőrendű egyirányú reakciók
Elemi reakció esetén
a kinetikus egyenletnek a következő formája van:
W dc A kc A; dt
(n i és c i a molszám és a kiindulási anyag koncentrációja)? 5. Melyik egységben mértük a kémiai reakció sebességét?
6. Milyen módszerek léteznek a kémiai reakció sebességének kiszámítására?
7. Mi a különbség az igaz és az átlagos reakciósebesség között? Mutassa meg ezt a különbséget grafikusan.
8. Meg lehet-e mondani, hogy a kezdeti idõpontban a sebesség a legnagyobb érték?
9. Adja meg a kinetikus egyenlet fogalmát.
10. Milyen reakciói vannak a kinetikus egyenletnek a cselekvő tömegek törvényével?
11. Hogyan változik a hidrogén-oxigén kölcsönhatás aránya?
(2 H 2 O 2 2 HO 2) hidrogénben kifejezve, e reakció sebességét más összetevőkben fejezzük ki?
12. Írja le az elemi reakció kinetikus egyenletét:
13. A következő tényezők közül melyik befolyásolja a kémiai reakció sebességét: a reagensek jellegét, a katalizátort, az oldószert, a hőmérsékletet?
14. Mi a kémiai reakció sebességi állandója? Mi a sebesség állandó? Mitől függ?
15. Hogyan viszonyulnak a másodrendű sebességi állandók, ha a reagenskoncentráció és az idő mól / l-ben és sec-ban, vagy molekulákban / cm3-ben és szekundumban fejeződik ki?
16. Lehetőség van összehasonlítani a különböző megbízások sebességi állandókat?
17. A következő tényezők közül melyik befolyásolja a kémiai reakció sebességi állandóját: a reagensek jellegét, a reagensek koncentrációját, a katalizátort, az oldószert, a hőmérsékletet?
18. Milyen grafikus kifejezés egy kinetikus görbe?
19. Mi a reakció sorrendje egy adott komponens és a reakció általános sorrendjében? Milyen értékek lehetnek a reakció sorrendje?
20. Mennyiségi állandója, hogy melyik sorrend nem függ a kezdeti anyag kezdeti koncentrációjától?
21. Mutassa be a reakció "molekuláris" kifejezését. Miért nem haladja meg a molekuláris hatást? Mely reakciók a rend és a molekulasor egybeesnek?
22. Ha a reakció sorrendje egy, meg lehet-e azt állítani, hogy a vizsgált reakció molekulatömege egyenlő az egységgel?
23. Mutassa be a reakciósebesség állandójának függését a kiindulási anyagok koncentrációjától.