Автокаталитические реакции

Введение

Катализ - изменение скорости химической реакции при воздействии веществ (катализаторов), которые участвуют в реакции, но не входят в состав продуктов. Катализатор не находится в стехиометрических отношениях с продуктами и регенерируется после каждого цикла превращения реагентов в продукты. Он не смещает положения равновесия химической реакции и вблизи от равновесия ускоряет прямую и обратную реакции в равной степени.

Автокатализом называется явление, когда каталитическое действие на реакцию оказывает какой-либо из её продуктов.

Целью нашей работы являлось изучение зависимости константы скорости k автокаталитической реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия от температуры и определение энергии активации данной реакции.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Автокаталитические реакции

Автокаталитическая реакция - реакция, в которой один из её продуктов служит катализатором превращения исходных веществ.

Для автокаталитической реакции характерно, что процесс идёт при возрастающей концентрации катализатора. В начальный период реакции, в период индукции, скорость реакции неизмеримо мала, затем она возрастает и лишь при достижении значительной степени превращения начинает падать в результате убыли концентрации исходных веществ. В результате кинетическая кривая для продукта реакции имеет S-образный вид (рис. 1), подобно кинетической кривой продукта двух последовательных реакций.

Рис. 1.Кинетическая кривая изменения оптической плотности продукта автокаталитической реакции

Чтобы процесс мог развиться по автокаталитическому пути, в системе с самого начала должен присутствовать продукт реакции. Он может быть специально внесён экспериментатором (начальная затравка) или образовываться без участия катализатора.

В простейшем случае реакции первого порядка по А и В скорость образования продукта превращения равна

(1)

Обозначая через x прирост [B] в результате реакции, т. е. полагая x = [B] – [B]₀, и учитывая, что прирост [B] равен убыли [A], получаем следующее выражение:

(2)

Уравнение такого же вида получается в случае, если никакой затравки в систему не вносится, но параллельно с автокаталитическим превращением идёт некаталитическое превращение А в В по реакции первого порядка. В этом случае

(3)

откуда

(4)

Интегрирование уравнения (2) дает

(5)

или в виде, разрешенном относительно х,

(6)

Если ввести безразмерные переменные , , то уравнение (6) примет вид

(7)

Если экспериментально получена кинетическая кривая автокаталитической реакции, следующей уравнению (2), то для вычисления константы скорости k пользуемся уравнениями (6, 7).

Если [В]₀ < < [A]₀, тогда соотношение (7) записываем в виде

(8)

Построив графически зависимость от t, по наклону полученной прямой линии можно определить k× [A]₀ и k.