• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Równanie kinetyczne reakcji chemicznej

    Przeczytaj także...
    Aktywność molowa związków chemicznych to efektywne stężenie tych substancji, uwzględniające odchylenia tych związków od zachowania idealnego, wynikające ze zjawisk dyfuzyjnych, lepkościowych lub elektromagnetycznych mających miejsce w stężonych roztworach lub gazach pod wysokim ciśnieniem.Reagent – łączna nazwa dla substratów i produktów reakcji chemicznej. W nieco innym sensie za reagent uważa się każdą substancję, która po dodaniu do układu reakcji jest w stanie w niej uczestniczyć i wywołać chemiczne efekty.
    Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

    Równanie kinetyczne – zależność szybkości reakcji chemicznej, r, od stężenia reagentów i temperatury, a w przypadku reakcji chemicznych przebiegającej w fazie gazowej, dodatkowo od ciśnienia.

    Najczęściej przyjmuje ono postać:

    gdzie k(T) - stała szybkości reakcji wyrażona zwykle równaniem Arrheniusa, T - temperatura, f(c) - nieznana funkcja stężenia reagentów wyznaczana na drodze doświadczalnej (jednomian/dwumian potęgowy, ułamek wymierny, suma ułamków wymiernych itp.).

    Równanie kinetyczne jest niezbędne przy projektowaniu reaktorów chemicznych (prawa strona bilansu masy). Postać równania kinetycznego nie zależy od sposobu przeprowadzenia eksperymentu.

    Rząd reakcji (rzędowość reakcji) – suma wykładników potęg w równaniu kinetycznym reakcji chemicznej w postaci jednomianu potęgowego.Całka – ogólne określenie wielu różnych, choć powiązanych ze sobą pojęć analizy matematycznej. W artykule rachunek różniczkowy i całkowy podana jest historia ewolucji znaczenia samego słowa całka. Najczęściej przez "całkę" rozumie się całkę oznaczoną lub całkę nieoznaczoną (rozróżnia się je zwykle z kontekstu).

    Równanie kinetyczne wyrażone względem stężeń[]

    Dla wielu reakcji szybkość ich przebiegu można opisać równaniem:

    gdzie

    Równanie Arrheniusa – równanie podane przez szwedzkiego chemika, Svantego Arrheniusa, wiążące ze sobą częstość relaksacji z energią aktywacji i temperaturą, w której reakcja zachodzi:Mechanizm reakcji chemicznych to opis ich faktycznego przebiegu, razem ze wszystkimi stadiami i produktami pośrednimi. Czasami za integralną część mechanizmu reakcji uważa się też opis jej przebiegu z energetycznego punktu widzenia, a także jej podstawowe dane kinetyczne.
    k - stała szybkości reakcji [A], [B], [C], [D]... - stężenia lub aktywności molowe (w przypadku roztworów) lub ciśnienia cząstkowe (w przypadku gazów) substratów uczestniczących w reakcji n, m, p, q - wykładniki potęgowe dobierane zwykle empirycznie, choć czasami też na podstawie znajomości mechanizmu, których suma jest rzędem reakcji.

    Poprzez rozdzielenie zmiennych i całkowanie w odpowiednich granicach uzyskuje się równania wiążące stężenia substratów z czasem przebiegu reakcji. Np. dla reakcji pierwszego rzędu równanie przybiera postać:

    Reakcja pierwszego rzędu – reakcja, w której równaniu kinetycznym (w postaci jednomianu potęgowego) suma wykładników potęg jest równa 1. Można też ją zdefiniować jako reakcję elementarną, której szybkość jest proporcjonalna do stężenia tylko jednego reagentu. Jej rząd reakcji równy jest jeden, a równanie kinetyczne ma formę: szybkość reakcji = k × stężenie substratu.Reakcja elementarna – reakcja chemiczna, która zachodzi w jednym akcie, bez produktów pośrednich, w procesie, w którym występuje tylko jeden stan przejściowy.

    po rozdzieleniu zmiennych przyjmuje ono postać:

    Reaktor chemiczny – to zbiornik lub urządzenie do prowadzenia reakcji chemicznych, w których mogą brać udział gazy, ciecze i ciała stałe. Reaktor chemiczny jest wykonany z tworzywa odpornego na korozję.

    całkując wyrażenie stronami w granicach od [A]0 (stężenie początkowe w chwili t0) do [A] (stężenie w chwili t):

    otrzymuje się ogólną zależność możliwą do zastosowania w praktyce do np. obliczenia stężenia substratu w danej chwili trwania reakcji:

    czyli

    Proste, analityczne rozwiązania równań kinetycznych są możliwe tylko w tych przypadkach gdy reakcja ma stosunkowo prosty przebieg. W przypadku bardzo wielu rzeczywistych reakcji chemicznych nie istnieje możliwość dobrania odpowiedniego, prostego równania kinetycznego, ze względu na ich złożony mechanizm. W tych przypadkach stosuje się bardziej złożone równania, w których może występować więcej stałych, lub nawet opisuje się te reakcje układami równań, z których każde odpowiada przebiegowi prawdopodobnych reakcji elementarnych, a następnie dobiera się wartości poszczególnych stałych szybkości metodami numerycznymi. Często zdarza się też, że proste równanie dobrze opisuje przebieg reakcji w początkowym jej stadium, a później następuje zaburzenie na skutek np. wpływu zmiany temperatury układu wywołanego przez efekty energetyczne samej reakcji lub nierównomierny jej przebieg w objętości naczynia na skutek za mało intensywnego mieszania.

    Przypisy

    1. J. Szarawara, J. Skrzypek: Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych, rozdział IV.3.a. Warszawa: WNT, 1980.
    2. Richard A.Y. Jones: Fizyczna chemia organiczna. Mechanizmy reakcji chemicznych. Warszawa: PWN, 1988, s. 24-27.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.042 sek.