Реферат: Химическая кинетика
Дифференциальное кинетическое уравнение этой реакции имеет вид
= k ∙ 
.
Задача определения порядка реакции сводится к определению частных порядков n1 и n2 , т.к. n = n1 + n2 . Для определения каждого частного порядка проводят отдельный эксперимент. В первом поддерживают постоянную концентрацию вещества А и меняют концентрацию вещества В, вовтором – наоборот.
В каждом эксперименте на скорость будет влиять только одна концентрация:
= kВ ∙ 
,
= kА ∙ 
.
Здесь kB = k ∙
и kА = k ∙
. После логарифмирования получаем
ln W1 = ln kB + n2 ∙lnCB ,
ln W2 = ln kA + n1 ∙lnCA .
Данные эксперимента представляем в виде графиков в координатах lnW – lnC, получаем уравнения двух прямых, в которых коэффициенты перед аргументами и есть искомые частные порядки.
Интегральные способы базируются на проверке уже известных интегральных зависимостей (табл.). Порядок реакции не рассчитывается, а находится на основании вывода о выполнении или невыполнении той или иной зависимости.
Наибольшее значение имеют два интегральных способа определения порядка реакции.
Графический способ состоит в нахождении линейной зависимости f(C) – tи сравнении её с возможными зависимостями для реакций разных порядков. Известно, что для реакций разных порядков разные функции от концентрации линейно зависят от времени.
Данные кинетического эксперимента (концентрации в разные моменты времени) представляют в виде графиков в различных координатах (рис. 3). Те координаты, в которых зависимость больше напоминает линейную, и отвечают реальному порядку реакции.
Способ подстановки заключается в проверке выражений для константы скорости для реакций разных порядков (табл. 2). Из данных кинетического эксперимента для разных моментов времени по одной из формул рассчитывается значение k. Если рассчитанные значения явно показывают, что константа скорости реакции не зависит от времени, считают, что формула соответствует реальному порядку реакции. В противном случае (если наблюдается либо рост, либо уменьшение константы скорости при изменении времени) выбирается следующая формула и расчёт повторяется.
Влияние температуры на скорость химических реакций
Известно, что скорость большинства химических реакций увеличивается с повышением температуры. Количественно влияние температуры на скорость реакций можно оценить двумя путями.
Для реакций в растворах, протекающих при сравнительно низких температурах, можно использовать эмпирическое правило Вант Гоффа:
При повышении температуры на каждые 10о С скорость реакции возрастает в 2–4 раза.
Более точно и научно обоснованно влияние температуры на скорость реакции описывает теория активных столкновений, основы которой предложены шведским учёным С. Аррениусом. Суть этой теории отражена в трёх её положениях:
1 Для того чтобы прореагировать, молекулы реагентов должны столкнуться.
2 Чтобы столкновения частиц действительно привели к химическому превращению, избыточная энергия сталкивающихся молекул должна превышать энергию активации (Еа ), т.е. молекулы реагентов должны преодолеть некий потенциальный барьер.
Энергией активации химической реакции называют избыточную энергию, которой должны обладать молекулы в момент столкновения, чтобы прореагировать.
Молекулы, имеющие избыточную энергию, больше, чем энергия активации, называются активными молекулами. В зависимости от доли активных молекул, скорость реакции может быть больше или меньше. Зависимость константы скорости реакции от температуры и энергии активации описывает уравнение Аррениуса:
.
Здесь k0 – предэкспоненциальный множитель – постоянная величина.
Одной из проблем химической кинетики является нахождение k0 и Еа по экспериментальным данным. В качестве примера рассмотрим методику нахождения значений этих величин для реакции
С12 Н22 О11 + Н2 О → С6 Н12 О6 + С6 Н12 О.
Сахароза Глюкоза Фруктоза
Была изучена кинетика этой реакции в присутствии серной кислоты концентрации 1,45 моль/л при различных температурах. По экспериментальным данным строится график зависимости lnk – 1/T. Исходя из уравнения Аррениуса, – это линейная зависимость (рис. 4). Находится уравнение прямой, и сопоставлением его с прологарифмированным уравнением Аррениуса