Кинетический анализ реакций синтеза.
Предметом химической кинетики являются скорости реакций со всеми влияющими на них факторами и интерпретация скорости реакций на основе их механизма. В этом смысле кинетика отличается от термодинамики, в которой рассматриваются начальное и конечное состояния системы вне зависимости от времени протекания этого превращения. Термодинамика обычно рассматривает системы в состоянии равновесия, т. е. в состоянии, в котором скорости прямой и обратной реакций в обратимом процессе равны, что связывает эти две области химии. Однако обратное не верно: скорость реакции нельзя определить только на основе термодинамических данных. Химическую кинетику можно считать более фундаментальной областью науки, но, к сожалению, часто сложность исследуемых процессов делает применение теории химической кинетики довольно трудным.
Рассмотрим равновесие водород -йод в газовой фазе при высокой температуре:
Н2 + I2 = 2НI
Эта реакция протекает при бимолекулярных столкновениях между молекулами йода и водорода, так что стехиометрическое уравнение в этом случае соответствует истинному механизму взаимодействия. Доказательством правильности такого механизма является то, что скорость образования йодистого водорода, как было показано, пропорциональна как концентрации водорода, так и концентрации йода, т. е.
Это, однако, исключительный случай, так как обычно стехиометрическое уравнение не описывает механизма реакции, как, например, для значительно более сложной реакции водорода с бромом, скорость которой, как было показано, определяется уравнением:
Это можно объяснить следующим механизмом:
Br + Н2 → НВr + Н (медленная)
Н + Вr2 → НВr + Вr (быстрая)
Н + НВr → Н2 + Вr (быстрая)
Следует отметить, что, зная механизм реакции, не всегда можно дать достаточно определенную интерпретацию экспериментально найденным выражениям для скорости. Иногда с экспериментальными данными согласуются несколько возможных механизмов или вновь полученные данные опровергают ранее принятый механизм.
Очевидно, математическую обработку выражений скоростей реакций через концентрации в определенных степенях
Уравнение:1
проводить легче, чем для выражений более сложного типа. Только для выражений скорости типа уравнения (1) приемлемо определение порядка реакции n, причем
Уравнение:2
n = n1+n2+n3+……
Из двух рассмотренных выше примеров реакция водорода с йодом -это реакция второго порядка, причем как по водороду, так и по йоду порядок ее равен единице. Понятие порядка реакции неприменимо к взаимодействию водорода с бромом, так как выражение для скорости этого процесса записано не в соответствующей форме.
Если условия проведения реакции таковы, что одна или более концентраций остаются практически постоянными в течение опыта, то эти концентрации можно включить в константу скорости k. В этом случае реакция будет иметь псевдо –n порядок, где n -сумма показателей степеней концентраций, которые в течение эксперимента изменяются. Обычно эти показатели степени -простые положительные числа, но в зависимости от сложности реакции они могут быть дробными или даже отрицательными.
Порядок реакции, определяемый уравнением (2), часто путают с молекулярностью реакции, которая определяется числом молекул, участвующих в элементарном процессе столкновения. Таким образом, молекулярность - это теоретическое понятие, проистекающее из принятого механизма реакции, тогда как порядок - величина эмпирическая; эти две величины могут различаться. Однако бимолекулярные реакции обычно имеют второй порядок, а тримолекулярные реакции -третий порядок, но обратное утверждение не всегда верно. Реакция, которая иллюстрирует только что сказанное, -это окисление ионов Fe2+ перекисью водорода. Стехиометрическое уравнение ее выглядит так:
Смотрите также
Свинец и его свойства
СВИНЕЦ (лат. Plumbum), Pb, химический элемент IV группы периодической
системы Менделеева, атомный номер 82, атомная масса 207,2.
...
Материальный баланс
Основой материального
баланса является закон сохранения материи, согласно которому количество
материала, поступающего в процесс (приходные статьи материального баланса),
равняется количеству продук ...