Реакции первого порядка

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Рассмотрим применение основного закона кинетики к простым односторонним (необратимым) реакциям.

Для реакции первого порядка

А ® продукты реакции

.

Разделим переменные и интегрируем уравнение в пределах от начальной концентрации с_А = с₀ (при t = 0) до с_А = с, соответствующей моменту времени t .

,

,

. (5.12)

Введем понятие период полураспада t _1/2 – время, за которое превращается половина исходного реагента. К моменту времени t _1/2 концентрация исходного вещества А уменьшается наполовину с_А = с₀/2. Подставим в уравнение (5.12) время, соответствующее периоду полураспада вещества А:

,

. (5.13)

Как видно, период полураспада мономолекулярной реакции не зависит от концентрации реагирующего вещества и определяется значением константы скорости реакции. За промежуток времени, равный периоду полураспада, превращается половина текущей концентрации реагента (рис. 55).

Если t_1/2 вещества А равен 5 мин, то при любой концентрации вещества А за отрезок времени, равный 5 мин, эта концентрация уменьшится вдвое.

Воспользовавшись уравнением (5.12), представим зависимость текущей концентрации реагента А от времени

. (5.14)

Рис. 55. График изменения концентрации вещества А от времени реакции

Пример. Классическим процессом, подчиняющимся уравнению реакции первого порядка, является радиоактивный распад. Например, известно, что радиоактивный йод распадается с выделением из ядра атома электрона (b-распад) и образованием инертного газа – ксенона-131:

Период полураспада йода-131 равен 8.06 дня. Вычислим время, которое потребуется, чтобы относительное содержание иода-131, оказавшееся в щитовидной железе человека, уменьшилось в 1000 раз.

Решение. Вычислим константу скорости радиоактивного распада по уравнению (5.13):

,

.

Подставим значение константы скорости превращения радиоактивного иода-131 в уравнение (5.12)

,

В течение 80 дней человек, в щитовидную железу которого попал радиоактивный йод-131, подвергается опасному облучению, прежде чем концентрация его уменьшится в 1000 раз.

Краткий итог темы

1. Все химические процессы протекают в пространстве и во времени. Под пространством подразумевается объем, занимаемый реагентами. Время реакции зависит от скорости превращения исходных веществ в продукты реакции.

2. Следует различать сложные реакции (совокупность последовательно и параллельно протекающих простых реакций) и простые реакции, идущие в один акт, в одно действие.

3. Знание механизма реакции позволяет определить, какая элементарная реакция является наиболее медленной, подобрать условия, изменяющие её скорость, и, следовательно, скорость реакции в целом.

4. Теория соударений выделяет три условия, выполнение которых обеспечивает химическое превращение реагентов:

1) столкновение реагентов;

2) столкновение с энергией активации Е;

3) столкновение реакционными центрами.

5. Теория активированного состояния сосредоточивает внимание на том, что разрыв и образование химических связей при взаимодействии реагентов происходит в результате непрерывного изменения межатомных расстояний.

6. С увеличением концентрации реагентов скорость реакции увеличивается в соответствии с законом действия масс.

7. С увеличением температуры на 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2 – 4 раза (правило Вант-Гоффа). Если известна энергия активации реакции Е, изменение скорости реакции с температурой можно рассчитать по уравнению Аррениуса.

8. Введение катализатора увеличивает скорость реакции. Роль катализатора сводится к понижению активационного барьера реакции. Катализатор участвует в химических реакциях. После завершения процесса катализатор сохраняется в неизменном виде.

9. Имеет смысл говорить о порядке и молекулярности простых реакций, включающих однотипные элементарные химические превращения. Сложная реакция включает главным образом моно-, бимолекулярные реакции, реже тримолекулярные реакции.

Термины для запоминания

Речь взаимосвязана с мышлением. Она отражает нашу способность мыслить и качество мышления (как говорим, так и думаем). Поэтому старайтесь воспроизводить главное из прочитанного лучше всего письменно (черновики). Ваша речь при объяснении материала должна сочетать ясность изложения с грамматически правильным построением фраз.

u = k×c_A×c_BC

1) столкновение реагентов;

2) столкновение с энергией активации Е;

3) столкновение реакционными центрами.

А + ВС ® АВ + С

Звено цепи есть последовательность элементарных химических актов продолжения цепи, заканчивающаяся на исходном атоме или радикале.