2. Константа скорости

Константа скорости реакции (удельная скорость реакции) — коэффициент пропорциональности в основном уравнении химической кинетики (6.4), откуда следует ее физический смысл:

константа скорости равна скорости реакции в момент времени, когда концентрации каждого из реагирующих веществ равны единице.

Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.

Для простых реакциий константа скорости позволяет определить время протекания реакции до определенного значения концентраций. Изменение концентрации в 2 раза называется периодом полураспада, который по разному связан с константой скорости в зависимости от порядка реакции. Можно показать, что для реакции 1-го порядка t_0,5 = ln2/k₁ или k₁=0,693 t_0,5, для реакции 2-го порядка t_0,5 = 1/с_оk₁, где с_о – начальная концентрация исходного вещества, отсюда понятно, что период полураспада может зависеть от начальной концентрации реагирующих веществ.

Для сложных реакций задачей формальной кинетики является определение констант скоростей по каждой стадии или в крайнем случае констаны скорости лимитирующей стадии (самой медленной) процесса. Константы скорости расчитываются из кинетических уравнений.

4. Кинетические уравнения

Кинетическое уравнение определяет изменение концентрации реагирующих веществ во времени. Вид уравнения зависит от порядка реакции. В общим упрощенном случае кинетическое уравнение можно записать в дифференциальном виде:

(6.6)

Здесь с – текущая концентрация одинаково изменяющаяся для всех исходных веществ, n – общий порядок реакции. Решение уравнения (6.6) для реакций разных порядков позволит определить константу скорости реакции.

1. Кинетическое уравнение реакции нулевого порядка

С

Рис. 6.4.1. Изменение концентрации исходного вещества для реакции нулевого порядка

корость реакции нулевого порядка постоянна во времени и не зависит от концентраций реагирующих веществ. Нулевой порядок характерен, например, для гетерогенных реакций в том случае, если скорость диффузии реагентов к поверхности раздела фаз меньше скорости их химического превращения.

Кинетическое уравнение имеет следующий вид: v₀ = k₀ = -dc/dt (6.6.1)

Реашаем его относительно концентрнации получаем: с=с₀ + kt, с₀ – начальная концентрация, k – константа скорости реакции. График зависимости концентрации от времени для нулевого порядка реакции представлен на рисунке 6.4 и соответствует уравнению прямой. Из графика можно определить константу скорости , которая будет равна tg угла наклона кинетической кривой.

2. Кинетическое уравнение реакции первого порядка

К

Рис. 6.4.2. Изменение концентрации исходного вещества для реакции первого порядка

инетическое уравнение реакции первого порядка:

(6.6.2)

Решаем это уравнение методом разделения переменных и получаем кинетическое уравнение в интегральной форме:

ln с = A – kt,

здесь А- постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий:

при t = 0, А = lnc_o, замения А получаем итоговое уравнение: lnс = lnс_о – kt.

График зависимости концентрации реагента для реакции первого порядка представлен на рис. 6.5. В полулогарифмических координатах получаем линейное уравнение, тангенс угла наклона будет равен константе скорости.