Необратимые реакции нулевого и первого порядков
1. Нулевой порядок.
 |
а) В соответствии с тем, что говорилось в п. 16.3, такой порядок могут иметь катализируемые реакции вида
если реагент находится в избытке. Тогда скорость реакции определяется количеством и активностью катализатора (которые мы считаем постоянными), но
не зависит от концентрации реагента.
 |
б) Кинетическое уравнение имеет наиболее простой вид:
где с — концентрация вещества А (индекс «А» не ставим). Итак, скорость со временем постоянна.
 |
в) Интегрируя (17.2), получаем:
где с0 — концентрация в начальный момент времени. Получается, что концентрация реагента убывает по линейному закону (рис. 17.1).
г) Период полупревращения находим из условия:
Как видим, он зависит от того, какая концентрация принята за начальную.
2. Первый порядок.
а) Это, пожалуй, наиболее важный случай.
I. Во-первых, сюда относятся мономолекулярные реакции вида А → Р. А это, помимо чисто химических превращений, и реакции радиоактивного распада ядер, т.е. ядерный распад имеет кинетику реакций первого порядка.
II. Во-вторых, первый порядок имеют те бимолекулярные реакции
A +B → Pι ,
в которых вещество В не влияет на скорость реакции — находится либо в твердой фазе, либо тоже в растворе, но в большом избытке. Например, как мы говорили в п. 16.3, это многочисленные реакции гидролиза, где концентрация воды в ходе процесса практически не меняется.
 |
б) Дифференциальное уравнение для реакций первого порядка таково:
где с — концентрация того реагента, от которого зависит скорость реакции (в т.ч. это может быть концентрация радиоактивных ядер).
 |
в) Разделяем переменные и интегрируем:
 |
Начальное условие: при t = 0 с = с0. Отсюда
 |
г) Подставляя, приходим к линейной форме интегрального уравнения:
Как видно, здесь линейно убывает со временем не сама концентрация (как
в предыдущем случае), а ее логарифм (рис. 17.2).
 |
 |
д) Нетрудно найти и явную зависимость концентрации от времени:
Эта зависимость имеет экспоненциальный характер (рис. 17.3).
е) Период полупревращения находим из уравнения:
 |
откуда
 |
Получается, что период полураспада не зависит от того, какую концентрацию мы принимаем за начальную. Будь это какая-то очень высокая или очень низкая концентрация, всегда требуется одно и то же время, чтобы достичь концентрации, вдвое меньшей. Поэтому для любого радиоактивного элемента можно указать одно и постоянное значение периода полураспада. Таким свойством обладают реакции только первого порядка.
Дата добавления: 2016-03-20; просмотров: 737;