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: 789;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.