- ..
( ):
Для уяснения роли катализатора в реакциях мы вспомним некоторые основные положения химической кинетики.
Известно, что скорость химической реакции пропорциональна действующим массам нлн концентрациям реагирующих веществ. Скорости реакции определяются как
с1с
производные концентрации по времени, например
В зависимости от числа молекул, вступающих в реакцию, реакции различаются как реакции первого порядка, или мономолекулярные, реакции второго порядка, или бимолекулярные, реакции третьего порядка, нлн тримолекулярные, и т. д.
В мономолекулярных реакциях (А -> А') имеет место разложение одного вида
30*
467
молекул. Число молекул е1Ы, измененных в единицу времени, пропорционально числу N всех наличных молекул, т. е.
dN
dt
■ kN.
Приводим формулу к концентрации (деля на объем):
dc и dc ... kc или —-= kdt.
dt с
Интегрируя, получаем
— Jn с = kt-\- const.
При t — Он концентрации с0> — In с0 = const. Отсюда
— 1п с In с0 = In = kt; I = -i- In , и с k с
или, пользуясь показательной функцией,
C = Coe-kt.
.Средняя продолжительность жизни“ превращающихся молекул х — -~. При
1
t — 1 , с = с^е, т. е. концентрация уменьшается за х в е раз.
Величина к носит названия константы скорости реакции н является постоянной
при одной и той же температуре. Размерность к обратна времени •
Уравнение, определяющее скорость, может быть дано в иной форме, если принять за а — количество молей реагирующего вещества, во время £ = 0 и за х—количество превращенных молей его во время t.
Следовательно количество молей исходного вещества ко времени t равно а — х, н скорость реакции, пропорциональная действующей массе а — х,
dx и, %
чг^к{а~х)-
В бимолекулярной реакции (А В -> А' + 5') при начальных концентрациях действующих веществ СА = а и Св = уравнение скорости
dx
= кСАСв = к(а -х)(- х).
После интегрирования получаем
1 . b (а — х)
kt =-г- In ——т-^ .
а — а{ — х)
При условии равномолекулярных отношений между А и В, т. е. при а = , уравнение скорости принимает вид
-£jL = k{a-x)\
н по интегрировании получаем
V*
(а — х) а
Размерность константы скорости бимолекулярной реакции обратна концентрации н времени. Размерность константы скорости полнмолекулярной реакции определяется концентрацией в степени 1 — п, где п — порядок реакции, н обратна времени I*] = [с]х~п [*]—\ где размерность [с) = [М] [£3] ~1
Порядок реакции устанавливается на основании постоянства значений к в уравнениях скорости реакции при подстановке в них определенных опытом значений переменных.
468
В химической системе возможно нередко протекание не одной, а нескольких реакций. Получаемое в результате изменение оказывается суммой всех отдельных реакций.
Из таких сложных реакций отметим прежде всего параллельные и последовательные (консекутивные) реакции.
Параллельными реакции называются тогда, когда реагирующие вещества взаимодействуют не в одном, а в нескольких направлениях. Примером параллельных реакций могут служить столь частые получения нескольких изомеров при замещениях ароматических производных.
