12.2 Кінетична класифікація хімічних реакцій

У хімічних реакціях можуть брати участь іони, радикали або молекули. Відповідно до цього за механізмом перебігу розрізняють іонні, радикальні та молекулярні реакції. Молекулярні реакції залежно від кількості молекул, що приймають участь в елементарному акті хімічної взаємодії, поділяються на:

– мономолекулярні, наприклад J₂  2J^;

– бімолекулярні, наприклад Н₂ + J₂  2НJ;

– тримолекулярні 2NO + O₂  2NO₂.

Чотиримолекулярні реакції практично не зустрічаються, бо ймовірність одночасного зіткнення в певній точці простору 4-х і більше молекул реагентів маловірогідна. Якщо в хімічній взаємодії приймають участь більше, ніж три часточки, то це складні реакції, які перебігають в декілька стадій.

Сума показників ступенів при концентраціях у кінетичному рівнянні реакції визначає порядок реакції. Прості реакції можуть бути І-го, ІІ-го та ІІІ-го порядків, у складних реакцій порядок може бути величиною дробовою. Для простих реакцій порядок реакції і молекулярність часто чисельно співпадають. Але треба мати на увазі, що молекулярність характеризує механізм перебігу хімічної реакції, а порядок відображує кінетичну залежність швидкості реакції від концентрації.

Існує ще одна кінетична характеристика хімічних реакцій: період піврозпаду – час, за який реагує половина вихідної кількості реагенту.

12.3 Кінетичні рівняння хімічних реакцій і-го і іі-го порядків

Для хімічних реакцій І-го порядку кінетичне рівняння має вигляд:

, (12.5)

де k – константа швидкості реакції; С₀ – вихідна концентрація речовини; С – її концентрація на момент часу .

Для реакцій І-го порядку період піврозпаду не залежить від вихідної концентрації реагуючої речовини:

, (12.6)

Для хімічних реакцій ІІ-го порядку кінетичне рівняння має вигляд:

, (12.7)

Для реакцій ІІ-го порядку період піврозпаду визначають за формулою:

. (12.8)

12.4 Методи визначення порядку хімічних реакцій

Метод надлишку. Для визначення загального порядку реакції спочатку встановлюють порядок реакції за кожним з реагентів. Для визначення порядку реакції за окремим реагентом концентрації інших реагентів повинні бути настільки великими, щоб їх зміною з часом можна було знехтувати. Так, для реакції (12.2) порядок реакції n дорівнює сумі a + b. Якщо речовину А беруть у великому надлишку, швидкість хімічної реакції буде залежати тільки від концентрації речовини В:

. (12.9)

Якщо в надлишку взяти речовину В, то закон дії мас матиме такий вигляд:

. (12.10)

Користуючись наведеним нижче методом підстановки знаходять коефіцієнти а і b, і сумуючи одержані значення визначають загальний порядок реакції.

Метод підстановки. Суть методу полягає в тому, що через певні проміжки часу визначають концентрацію реагенту або продукту реакції. Визначені концентрації послідовно підставляють в кінетичні рівняння для реакцій І-го, ІІ-го або ІІІ-го порядку. Рівняння, за яким одержали сталі значення константи швидкості, описує кінетику досліджуваної реакції. Якщо рівняння не призвели до одержання сталих значень константи швидкості, то досліджувана реакція є складною, і її порядок встановлюють за методом Вант-Гоффа.

Метод Вант-Гоффа дозволяє визначати як цілі, так і дробові значення порядків. Для визначення порядку реакції за методом Вант-Гоффа необхідно знати швидкість реакції за двох концентрацій реагенту.

Розглянемо хімічну реакцію, для якої закон дії мас має такий вигляд:

V = kCⁿ,

де n – порядок реакції.

Порядок реакції для такої реакції визначають за формулою:

, (12.11)

де V₁iV₂– швидкість реакції за концентрацій реагентуС₁іС₂відповідно.

Лекція № 13. Складні хімічні реакції

План лекції

1. Паралельні і послідовні хімічні реакції.

2. Ланцюгові хімічні реакції.

3. Фотохімічні реакції. Основні закони фотохімії.

Рекомендована література: [1]С.71-74,[3]С.465-485,[4]С.70-71.