Скорость образования, расходования компонента и скорость реакции
Для практических целей важно знать скорость химических реакций. От скорости протекания реакции зависят количество вещества, получаемого в единицу времени, размеры аппарата для производства нужного продукта. В кинетике химических реакций различают скорости образования и расходования компонентов и скорость реакции Скоростью образования (расходования) количества данного i-того вещества (компонента) во время химической реакции или скоростью реакции Wi по данному i-тому веществу называется изменение количества этого вещества ni (в молях) в единицу времени т в единице реакционного пространства R :
Если реакция гомогенная и протекает в объеме, то реакционным пространством является объем V ( R = V ) и изменение количества вещества рассматривают в единице объема. Если реакция гетерогенная и протекает на границе раздела фаз, то реакционным пространством является поверхность S ( R = S ) иизменение количества вещества относят к единице поверхности. При этом скорость расходования исходных веществ будет отрицательной (со знаком - ), так как с течением времени количество исходных веществ уменьшается. Скорость образования продуктов реакции величина положительная (со знаком + ), так как с течением времени количество их увеличивается. На практике наибольшее значение имеют изотермические реакции (протекающие при Т = const ), происходящие в замкнутых (закрытых) или открытых системах. Замкнутая система не обменивается веществом с окружающей средой, но энергией (теплотой, работой) она может обмениваться. Такой системе в химической технологии соответствует прерывный процесс, например, в закрытых чанах или автоклавах. В открытой системе происходит обмен с окружающей средой не только энергией, но и веществом. Открытой системе в химической технологии соответствует непрерывный процесс в потоке. Рассмотрим скорость образования (расходования) i-того вещества в замкнутой гомогенной системе ( R = V ):
(1)
Если во время реакции V = const , то его можно внести под знак дифференциала. Так как отношение ni / V = Ci то вместо уравнения (1) получим:
(2)
где Сi - концентрация рассматриваемого i-того вещества в данный момент времени. Если химическая реакция формально простая и может быть записана одним уравнением, то скорости расходования исходных веществ и образования продуктов реакции зависят от стехиометрических коэффициентов перед ними, например, для реакции:
А + В = 2АВ. (3)
с учетом этого можно получить соотношение:
или формально
где C1 и С2 - концентрации исходных веществ А и В; С3 - концентрация продукта реакции АВ -1,2 - стехиометрические коэффициенты перед веществами реакции с учетом правила знаков (для исходных веществ стехиометрические коэффициенты принимаются отрицательными). С учетом уравнения (2) соотношение (4) примет вид:
(5)
где W - скорость реакции, одинаковая для всех веществ, участвующих в данной реакции; - скорости расходования исходных веществ и образования продукта реакции. В общем виде выражение (5) запишется формулой:
(6)
где vi - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. Таким образом, скорость реакции равна скорости расходования (образования) данного вещества реакции, деленной на его стехиометрический коэффициент с учетом принятых знаков. Она всегда положительна. Скорость расходования исходных веществ отрицательна, а образования продуктов реакции положительна. При изучении кинетики химических реакций обычно получают зависимость концентрации какого-либо компонента от времени τ. Ci = f ( τ ).
Графическое представление изменения концентрации компонента реакции с течением времени в координатах Сi - иназывают кинетической кривой. Кинетические кривые для исходных веществ и продуктов имеют вид (рисунок 1): 1 - кинетическая кривая исходных веществ; 2 - кинетическая кривая продуктов реакции
Рисунок 1 - Кинетические кривые для компонентов реакции
Если кинетические кривые мало отличаются от прямых линий, то можно для приближенной оценки определять среднюю скорость реакции:
где (τ2- τ1) - интервал времени, за который в течение реакции концентрация вещества изменяется от С1 до C 2 .
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (170)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |