arkusz4 1

TECHNOLOGIA CHEMICZNA - SEMESTR IV ARKUSZ IV

KINETYKA CHEMICZNA

Szybkość reakcji chemicznej to ubytek stężenia substratu lub przyrost stężenia produktu do czasu w jakim nastąpił:

1 dC:

V =--—

vj dt

gdzie : Vj - współczynnik stechiomctryczny reagenta (z + dla produktów, z - dla substratów);

Ci - stężenie molowe reagenta (w mol/dm³); t - czas Jednostką szybkości jest mol/dm³s lub mol/dm³min w zależności od jednostki w jakiej wyrażony jest czas. Szybkość reakcji zależy od stężenia reagentów, temperatury, dodatku katalizatorów i innych czynników jak ciśnienie, rozpuszczalnik, siła jonowa roztworu. Dla dowolnej reakcji:

aA + bB +____-» rR + qQ + —

w stałej temperaturze szybkość reakcji zależy od stężeń reagentów zwykle w sposób następujący :

v = k-c_A^a -c_B^p - ~. c_R^p -c_Q³ ...

gdzie : a - rząd ze względu na reagent A ; (1 - rząd ze względu na reagent B itd. ; k - stała szybkości reakcji (w danych warunkach wielkość stała, charakterystyczna dla danej reakcji)

Powyższe równanie jest różniczkowym równaniem kinetycznym reakcji. Całkowity rząd reakcji r to suma rzędów ze względu na poszczególne reagenty czyli suma wykładników potęgowych, w jakich stoją stężenia reagentów w różniczkowym równaniu kinetycznym.

r = a + p + ... + p + 8 +...

Dla większości typowych reakcji chemicznych szybkość zależy tylko od stężenia substratów. Rząd reakcii lest wyznaczany zawsze eksperymentalnie. Rzędy ze względu na poszczególne reagenty nic mają nic wspólnego ze współczynnikami stcchiometrycznymi reakcji. Rząd reakcji chemicznej wyraża się typowo liczbami 1, 2 i 3. (idy szybkość reakcji nie zależy od stężenia reagentów, rząd wynosi 0. Czasem rząd może wyrażać się liczbą ułamkową np. 1/2. Dla reakcji, w których współczynniki slcchiometrycznc są jednostkowe, szybkość reakcji można zapisać jako :

dc dx

dt ~ d7

gdzie : x - ubytek stężenia substratu lub stężenie produktu

c = _C()-x x=c₀-c gdzie : c„ - początkowe stężenie substratu

X różniczkowego równania kinetycznego po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu w granicach od czasu początkowego t = 0 do pewnego czasu t otrzymujemy scalkowanc równanie kinetyczne reakcji, którym praktycznie posługujemy się w obliczeniach związanych z kinetyką chemiczną.

Czas połowicznej przemiany x\n to czas, po którym przcrcaguje połowa początkowej ilości substratu czyli stężenie zmaleje do połowy wartości początkowej.

.    ^co

t = t_i/2 « c = -±

Różniczkowc i scalkowanc równania kinetyczne oraz czasy połowicznej przemiany zebrane są dla typowych rzędów reakcji chemicznych w poniższej tabeli.