Константа скорости и период полураспада химических реакций

Весьма важная характеристика скорости реакции — период полураспада — время, в течение которого концентрация исходных веществ уменьшается вдвое.

Для реакции первого порядка не зависит от начальной концентрации С₀. Если в уравнении.

подставить, получим:

Таким образом, период полураспада реакции первого порядка также не зависит от начальной концентрации раствора С₀.

Для реакции второго порядка обратно пропорционален С₀:

Для реакции третьего порядка:

Подставляя в уравнение нулевого порядка С₀ — С = Кt значение С =, найдем время, за которое прореагирует половина исходного вещества, (период полураспада реакции нулевого порядка):

В общем случае для реакций n-го порядка (при одинаковых концентрациях исходных реагирующих веществ) обратно пропорционален (n?1) степени начальной концентрации:

. (3.18).

Метод определения периода полураспада позволяет находить порядок химической реакции.

Способы определения порядка реакций

При определении порядка реакции для того, чтобы можно было использовать более простые решения кинетических уравнений, эксперимент удобно проводить при равных исходных концентрациях реагирующих веществ или при большом избытке всех реагентов, кроме одного. В этом случае по мере протекания реакции заметно изменяется концентрация только реагента, взятого в малом количестве. Концентрации остальных веществ практически остаются постоянными. Изучая изменение концентрации взятого в малом количестве вещества, можно определить порядок реакции по этому веществу. Затем такую же операцию проводят с каждым из остальных участников реакции. Общий порядок реакции равен сумме порядков по отдельным реагирующим веществам.

Рассмотрим наиболее частые способы определения порядка реакции.

• 1 Способ подстановки. Когда подстановка экспериментальных данных в приведенные выше уравнения дает постоянную величину константы скорости, реакция имеет соответствующий порядок.
• 2 Способ Оствальда — Нойеса. Способ основан на определении времени, в течение которого концентрация вещества уменьшается в определенное число раз н. Из решения кинетического уравнения для скорости реакции n-го порядка для времени уменьшения концентрации в н раз получается уравнение:

(3.19).

В координатах «= f (lgC₀)» этому уравнению соответствует прямая, тангенс угла наклона которой равен 1?n. Время, за которое концентрация вещества уменьшается в н раз, определяется экспериментально.

3 Графический метод: для реакции первого порядка характерна линейная зависимость «lgC — t», второго порядка — линейная зависимость «- t», третьего порядка — линейная зависимость ««. В реакциях нулевого порядка скорость реакции постоянна во времени (гетерогенные процессы) (рисунок 3.1 и 3.2).

• а) Зависимость «» для реакций первого порядка;
• б) Зависимость «1/С= f (t)» для реакций второго порядка.

Рисунок 3.2 — Обработка экспериментальных результатов по инверсии сахарозы в координатах: а) ««; б) ««.