Кінетика односторонніх хімічних реакцій нульового порядку
Реакції нульового порядку - це реакції, для яких швидкість реакціїне залежить від концентрації реагуючої речовини. У цьому випадку маємо
;v= . (4.46)
Інтегральні форми кінетичного рівняння матимуть вигляд
(4.47)
,
де - зміна концентрації на часt.
Для реакцій нульового порядку період напівперетвореннязалежить від початкової концентрації реагенту в першому ступені.
Розмір константи швидкості реакції нульового порядку – .
Слід пам'ятати, що константи швидкості реакцій різних порядків є різними фізичними величинами і зіставлення (порівняння їх) значень позбавлене будь-якого сенсу. Константи швидкостей однакового порядку мають ту саму розмірність і тому їх можна порівнювати.
Приклади розв'язання задач
Приклад 1. Константа швидкості реакції омилення етилового ефіру оцтової кислоти їдким натром при 283 К дорівнює 2,38, якщо концентрацію виражати в кмоль/м 3 а час у хвилинах. Обчислити час, необхідне омилення 50% етилацетату, якщо змішати при 283К 1 літр 1/20 М розчину ефіру з 1 л 1/20 М лугу.
Рішення. Концентрації ефіру та лугу рівні, тому для вирішення слід використовувати рівняння (1.19):
.
Оскільки загальний обсяг суміші дорівнює 2л, то:
,x= 1/80 М.
Концентрація речовини, виражена в кмоль/м 3 і моль/л має одне й те саме значення.
Тоді: = 16,8 хв.
Приклад 2. Розчин оцтовоетилового ефіру прис01 = 0,01М іТ=293 К омилюється 0,002 М (с02) розчином їдкого натру протягомt1=23 хв. на 10%. В який час (t2) той же розчин ефіру прореагує на 10% з розчином лугу концентрацією = 0,004м/л
Рішення. Ця реакція другого порядку, початкові концентрації вихідних речовин не рівні. Отже, для розрахунку константи швидкості реакції скористаємось рівнянням (1.24):
;
хв. -1 × моль -1.
Знаючи значення константи швидкості реакції, знаходимо часt2:
хв.
Приклад 3. Дослідженняa -радіоактивного ізотопу полонію показало, що за 14 днів його активність зменшилася на 6,85%. Визначити період напіврозпаду та розрахувати, протягом якого часу він розкладається на 90%. Тобто завдання дано:
Рішення. Ця реакція відноситься до реакцій першого порядку.
1) Константу швидкості можна розрахувати за рівнянням (1.12):
= 5,07 10 -3 днів -1 .
2) Період напіврозпаду розрахуємо за рівнянням (1.17):
днів.
3) Розрахуємо проміжок часу, протягом якого ізотоп розкладеться на 90 % :
дня.
Питання та завдання для самоконтролю.
1. Наведіть приклади хімічних реакцій другого порядку. У якому разі їх вважатимуться бимолекулярными?
2. Який вид набуде кінетичного закону для реакції другого порядку за умовисА0сВ0?
3. Вкажіть графічний спосіб визначення константи швидкості реакції другого порядку, колисА0сВ0. У яких координатах кінетичне рівняння має вигляд прямої лінії?
4. Подайте графічно залежність поточної концентрації реагуючої речовини від часу для реакцій різних порядків (зА0=сВ0=сС0: а) 0; б) 1; в 2; г) 3.
5. Чи можна застосовувати поняття часу напівперетворення для реакцій другого порядку, колиСА0СВ0?
Отримайте аналітичні вирази для напівперетворення по кожній речовині.
4.4.2.Методи визначення порядку реакцій
Для з'ясування механізму хімічної реакції та розрахунку константи швидкості обов'язково треба знати порядок реакції за речовиною та сумарний порядок даної реакції. Порядок реакції є емпіричною величиною і може бути розрахований теоретично, якщо невідомий механізм реакції. Для визначення порядку реакції необхідно мати експериментальні дані про зміну концентрації речовин, що реагують у часі. З цих даних можна різними методами встановити порядок реакції.