10.3 кінетика послідовних реакцій першого порядку

                                                    СА

                                                        t                       Послідовними реакція-

                                                                ми називаються реакції з про-

Рисунок 10.2 – Змінюван-               міжними стадіями. У таких ре-

ня концентрацій у пара-  акціях проміжний продукт, що

лельних реакціях першо-                утворюється на  одній    стадії,  

го порядку                                           потім витрачається у наступній

                                                                стадії. Схема найпростішої послідовної реакції першого порядку має вигляд

 

                                                А  B  D  .

 

                Такого типу реакції спостерігаються досить часто, однак проходження проміжної стадії не завжди помітне. Якщо k2 << k1, то швидкість реакції залежить тільки від швидкості другої стадії процесу. Навпаки, якщо k2 >> k1 , то швидкість визначається першою стадією процесу. У обох випадках кінетичне рівняння набуває простої форми. У цьому полягає ще один постулат хімічної кінетики – принцип лімітуючої стадії:

                Швидкість багатостадійного процесу з різними

швидкостями    окремих     стадій визначається

швидкістю найбільш повільної стадії.

                Намітимо  математичне розв¢язання цієї задачі. Швидкість змінювання концентрацій усіх речовин підпорядковуються таким рівнянням:

,

,

.

                У результаті інтегрування цих рівнянь можна отримати часові залежності для концентрацій окремих компонентів:

,

,

.

                На рис. 10.3 схематично поданий хід змінювання концентрацій усіх учасників реакції. Поки концентрація речовини А знижується за експонентою, концентрація речовини В збільшується і досягає максимуму, а потім починає зменшуватися. Час, що відповідає точці максиму-

    С                                                                         му (tM),    та максималь-

                                                                                на   концентрація речо-

                С0А = С¥D                                          вини В (СВМ)   визнача-

                                                                                ються зі співвідношень:

                                                   СD                                    ,                                                                                                                                                                                                     ,                                        CB             

                                                        

                                                    CA                     де g = k2/k1.

                                                 t                                                                                                                                                            

Рисунок 10.3 – Змінювання кон-                   Концентрація ре-

центрацій у послідовних реак-      човини    Д    поступово  

ціях першого порядку                      збільшується  і   досягає

граничного значення (С¥D).