55664 s 125

16. KINETYKA REAKCJI CHEMICZNYCH

Kinetyka chemiczna zajmuje się badaniem szybkości reakcji chemicznych. Badania takie, oprócz ustalenia, jak długo daną reakcję należy przeprowadzać, często dostarczają informacji na temat jej mechanizmu.

Miarą szybkości reakcji chemicznej jest szybkość zmian stężenia reagentów w czasie, co matematycznie wyraża pochodna stężenia produktu lub substratu po czasie:

gdzie: c - stężenie substratu x - stężenie produktu

Dane doświadczalne pozwalają stwierdzić, że parametrami wpływającymi na szybkość reakcji chemicznej są temperatura, stężenie (w przypadku gazów ciśnienie) oraz obecność katalizatorów. Analiza tych danych umożliwia ustalenie zależności jakie występują pomiędzy szybkością i analizowanym parametrem. Jeśli doświadczenie prowadzone jest w stałej temperaturze, zwykle szybkość reakcji daje się opisać za pomocą równania będącego jed-nomianem zawierającym stężenia wszystkich substratów układu:

aA + bB + cC —»...

(16.2)

k_CA^ACB^Bc£^c

_v _ dcĄ dt

gdzie: c_A, Cb, Cc - stężenia substancji A, B, C [mol/dm^J] w układzie,

n_A, n_B, nc - wykładniki potęgowe określające rzędy reakcji dla poszczególnych składników, k    - stała szybkości, współczynnik zależny od temperatury i rodzaju reakcji.

Suma wykładników potęgowych określa całkowity rząd reakcji chemicznej n = n_A + ns + nc- Dla prostych przypadków zdarza się, że rząd reakcji dla pewnego składnika pokrywa się ze współczynnikiem stechiometiycznym w równaniu, ale nie jest to regułą. Rzędy reakcji dla składników zwykle są liczbami całkowitymi. Stałą szybkości można fizycznie przedstawić jako szybkość reakcji w momencie, gdy wszystkie substraty występują w stężeniu 1 mol/dm³.

Równanie (16.2) jest przykładem równania kinetycznego. W wielu przypadkach jednak (reakcje wieloetapowe, autokatalityczne, łańcuchowe itp.) zależność szybkości od stężenia ma bardziej złożoną postać.

Równanie kinetyczne stanowi ilościową charakterystykę szybkości danej reakcji. W praktyce bardziej wygodne sąjego scałkowane wersje, będące zależnościami stężenia od czasu.

Reakcja rzędu I

Całkując odpowiednie równanie kinetyczne w przedziale czasu (0, t) i stężeń (co, c), otrzymamy:

ln c = ln co - kt

(16.3)