Исследование формальной кинетики сложных химических процессов, состоящих из нескольких стадий. Определение концентрации вещества и описание реакций первого порядка. Расчет цепи и констант скорости реакций. Соотношения фотохимического взаимодействия.
Аннотация к работе
19.1): одна реакция (с константой скорости k1) ведет к образованию продукта В, а другая реакция (с константой k2) приводит к образованию вещества С. б) Вопрос состоит в том, как меняются со временем концентрации всех трех веществ - реагента А и продуктов В и С. в) Предварительно заметим, что скорость каждой реакции следует оценивать по накоплению соответствующего продукта: 2. а) Из первого порядка этих реакций вытекает: т.е. отношение скоростей определяется отношением констант скорости. б) Заметив это, введем величину х - количество прореагировавшего вещества А и составим дифференциальное уравнение для данной величины: в) Его удобно привести к следующему виду: г) Уравнение подобного вида встречалось выше (17.13, г). Тогда было найдено, что решение имеет форму (17.16), которая для неизвестного х выглядит так: д) Поскольку в данном случае x0 = 0 (в начальный момент времени убыль вещества А равна нулю), то после подстановки а и b получаем: 3. а) Отсюда находим искомые зависимости от времени - для концентрации реагента А: б) для скорости образования i-го продукта (В или С): в) для концентрации i-го продукта: откуда Концентрация вещества А убывает по экспоненте, в показателе которой фигурирует сумма констант k1 и k2 б) Концентрации же продуктов нарастают по экспоненте с тем же показателем. в) Причем сумма пределов, к которым стремятся концентрации продуктов, равна исходной концентрации реагента: г) Аналогичные результаты получаются для совокупности из произвольного числа п параллельных реакций. 4. а) Наконец, для конечного продукта цепи (вещества Z) дифференциальное уравнение таково: б) Интегрируем с учетом (19.19): в) Константу С находим из начального условия: г) Окончательная зависимость: 5. а) Из уравнения (19.22) следует, что производная этой функции - всегда положительна: т.е. функция монотонно возрастает. б) В то же время можно убедиться в наличии точки перегиба, в которой в) Следовательно, график функции Z(t) - S-образная кривая, как это показано на рис. Сопоставление с обратимыми реакциями. а) Как отмечалось выше, обратимую реакцию тоже можно записать в виде двустадийного процесса: На этом основании иногда утверждают, что такая реакция - частный случай цепи из двух последовательных «реакций» (случай, когда вещество Z совпадает с веществом А). б) Но данная аналогия является чисто внешней.а) Здесь отношение скоростей определяется отношением констант скорости: б) А накопление в среде i-го продукта описывается формулой:
Размещено на .
План
Краткое содержание главы 19
В главе рассмотрены три типа СЛОЖНЫХ ПРОЦЕССОВ, т.е. процессов, содержащих более одной стадии.