3. Кинетическое уравнение реакции второго порядка

Для реакций второго порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

Рис. 6.4.3. Изменение концентрации исходного вещества для реакции второго порядка

(6.6.3)

После разделения переменных и интегрирования получаем:

1/с = A + kt,

Постоянная интегрирования из начальних условий А=1/с_о, тогда линейная форма кинетического уравнения реакции 2-го порядка:

1/с = 1/с_о + kt,

График зависимости концентрации реагента для реакции второго порядка в координатах 1/с от времени (рис. 6.4.3.) представляет прямую с tg угла наклона равному константе скорости

4. Кинетическое уравнение реакции третьего порядка

Р

Рис. 6.4.4. Изменение концентрации исходного вещества для реакции третьего порядка

еакции, протекающие по третьему порядку встречаются редко. Это обусловлено тем, что лимитирующей стадией такой реакции должен быть трехмолекулярный процесс, требующий одновременного соударения трех частиц, что маловероятно. В этом случае скорость реакции будет пропорциональна кубу концентрации реагентов.

(6.6.4)

Решение (6.6.4) относительно концентрации и с учетом начальных условий дает линейное уравнение: 1/с² = 1/с²_о +2kt, откуда следует, что константа скорости реакции третьего порядка равна ½tgα, где α – угол наклона прямой в координатах 1/с² и времени (рис. 6.4.4.).

3. Теория скоростей химических реакций

Формальная кинетика изучает протекание реакций во времени исходя из экспериментальных данных. Получаемые при этом значения кинетических параметров могут свидетельствать о механизме реакции лишь косвенно.

Под механизмом реакции понимается определение:

• всех стадий процесса;

• их молекулярности;

• возможных скоростей, которые зависят от температуры и природы реагирующих веществ.

На все эти вопросы отвечает современноая теория абсолютных скоростей химических реакций. Необходимым условием химического превращения является взаимодействие исходных частиц (молекул, ионов или радикалов), чаще всего реализуемое в виде соударений их между собой. Однако, это условие еще недостаточно, поскольку только немногие столкновения приводят к элементарному акту реакции. Будь по другому, атмосфера земли при наших обычных условиях состояла бы из оксидов азота, а не молекул кислорода и азота, каждая из которых за одну секунду в 1 см³ сталкиваются более 10¹⁰ раз, а общее число соударений >10²⁹. Если нагреть смесь этих газов до высоких температур(>1000⁰C), то скорости молекул резко возрастут (и соответственно энергия тоже) часть «активных» соударений приведет сначала к разрушению старых молекул, а затем и к образованию новых.

Для других газов (например, кислорода и водорода) достаточно уже комнатной температуры, чтобы они прореагировали очень быстро и даже со взрывом. Это говорит о том, что некоторым веществам не требуется много избыточной энергии для взаимодействия (например, тем у которых энергия связи мала) и наоброт, если связь в исходных молекулах прочная – прореагировать они могут только при высоких температурах. Из этого следует важный вывод:

элементарный акт химического превращения возможен только между частицами, обладающими достаточной энергией для разрыва их химических связей, поскольку все частицы разные, то и энергии необходимые для их взаимодействия тоже будут разными.

То есть, для протекания реакции необходимы активные соударения (их рассматривает теория активных соударений), которые приводят к разрыву химических связей и образованию промежуточного соединения (теория активированного комплекса), и затем продуктов реакции.

Определим частицы, которые могут прореагировать, учитывая распределение молекул по их энергиям.