I.2. Кинетика односторонних реакций различных порядков.

Реакции нулевого порядка. Кинетическое уравнение реакции 0-го порядка А→ Продукты в дифференциальной форме:

Для реакций нулевого порядка скорость реакции постоянна и не зависит от концентрации исходных веществ. Интегрирование полученного равенства приводит к уравнению

Оно выражает линейную зависимость концентрации от времени (рис.1) и позволяет определить константу скорости.

Рис.1. Зависимость концентрации от времени τ для реакции 0-го порядка (кинетическая кривая).

Выразим константу скорости

Отсюда следует, что размерность k ₀ –

Период полупревращения () - это время, в течение которого концентрация исходного вещества уменьшается в два раза ().

Для реакции нулевого порядка

т.е. время полупревращения прямо пропорционально начальной концентрации вещества.

Реакции нулевого порядка чаще всего являются гетерофазными (т.е. протекают на границе раздела фаз).

Пример – реакция гидрирования этилена на платине:

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃

Скорость данной реакции определяется поверхностью катализатора и не зависит от концентраций реагентов.

Реакции первого порядка. Кинетическое уравнение реакции 1-го порядка А→ Продукты в дифференциальной форме:

где x=C_{0, A}-C_A - количество вещества А, прореагировавшего к моменту времени τ; - начальная концентрация вещества А, - концентрация вещества А в произвольный момент времени.

Для нахождения интеграла используем формулу:

Интегральные формы кинетического уравнения реакции 1-го порядка:

Размерность k₁ – обратное время.

Зависимость натурального логарифма концентрации от времени для реакции первого порядка представлена на рисунке 2.

Рис.2. Зависимость натурального логарифма концентрации от времени τ для реакции первого порядка.

Концентрация продукта реакции:

Текущая концентрация исходного вещества:

Период полупревращения не зависит от начальной концентрации:

Кинетическая кривая для реакций 1 порядка имеет вид:

Если ввести долю распавшегося вещества α:

то можно получить:

К реакциям первого порядка относятся реакции радиоактивного распада, реакции разложения сложных веществ (карбонатов, кристаллогидратов) при их нагревании, реакции изомеризации и др.

2N₂O₅ → O₂ + 4NO₂

Реакции второго порядка. Кинетическое уравнение реакции 2-го порядка А+B→ Продукты в дифференциальной форме:

Для случая :

Для нахождения интеграла используем формулу:

Интегральные формы кинетического уравнения реакции 2-го порядка:

Размерность константы скорости реакции второго порядка - .

Зависимость обратной концентрации от времени для реакции второго порядка представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Зависимость обратной концентрации от времени τ для реакции второго порядка.

Концентрация продукта реакции:

Для реакции второго порядка время полупревращения обратно пропорционально начальной концентрации веществ.

Для случая :

К реакциям второго порядка относятся радикальные реакции, реакция газофазного образования иодоводорода, разложения оксида азота и др.

Зависимость концентрации от времени для реакций разных порядков представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Зависимость концентрации от времени τ для реакций разных порядков.

Реакции n-го порядка. Кинетическое уравнение реакции n -го порядка А₁+А₂+А₃+…+А_п → Продукты, если все реагенты присутствуют в равных количествах и взаимодействуют в эквивалентных соотношениях в дифференциальной форме:

где п≠ 1 - общий порядок реакции.

Интегральные формы кинетического уравнения реакции n -го порядка:

Размерность константы скорости реакции n-го порядка – . Интегральное уравнение в прямолинейных координатах:

Зависимость обратной концентрации от времени для реакции n-го порядка представлена на рисунке.

Выражения для периода полупревращения и концентрации продукта реакции: