Кинетическая классификация простых гомогенных химических реакций

С точки зрения химической кинетики простые химические реакции классифицируют на реакции нулевого, первого, второго и третьего порядков. Реакции нулевого порядка встречаются чрезвычайно редко. Для того чтобы реакция протекала по нулевому порядку необходимы специфические условия её проведения. Например, реакция разложения оксида азота (5+) N₂O₅ → N₂O₄ + ½ O₂ протекает как реакция нулевого порядка только в случае твёрдого оксида азота (5+).

Если же взят газообразный оксид, то реакция протекает как реакция первого порядка.

В то же время следует сказать, что встречается большое количество реакций, в которых частный порядок по какому-либо веществу равен нулю. Обычно это реакции, в которых данное вещество взято в большом избытке по сравнению с остальными реагентами. Например, в реакции гидролиза сахарозы

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О

Сахароза Глюкоза Фруктоза

частный порядок реакции по воде равен нулю.

Самыми распространёнными являются реакции первого и второго порядков. Реакций третьего порядка мало.

Рассмотрим для примера математическое описание кинетики химической реакции первого порядка. Решим кинетическое уравнение такой реакции

= kC.

Разделим переменные dC = – kdt. После интегрирования

∫  = -∫kdt.

получим

ln С = – kt + const.

Найдём постоянную интегрирования, учитывая начальное условие: в момент времени t = 0 концентрация равна начальной С = С₀. Отсюда const = ln C₀ и

ln С = ln С₀ – kt,

ln С – ln С₀ = – kt,

ln = – kt,

C = C₀∙ e^-kt.

Это интегральное кинетическое уравнение реакции первого порядка.

Важной кинетической характеристикой реакции любого порядка является время полупревращения τ_½. Временем полупревращения называют время, в течение которого реагирует половина начального количества вещества. Найдём выражение для времени полупревращения реакции первого порядка. Для t = τ_½ C = C₀/2. Поэтому

ln  = ln  = – kt,

k τ_½ = ln 2.

Отсюда

τ_½ =  = .

Результаты решения дифференциальных кинетических уравнений для реакций всех порядков представим в виде таблицы (табл. 2). Данные этой таблицы относятся к случаю, когда все вступающие в реакцию вещества имеют одинаковые начальные концентрации.

Таблица – Кинетические характеристики простых гомогенных реакций

Кинетическая характеристика	Порядок химической реакции
	n = 0	n = 1	n = 2	n = 3
1 Дифференциальное кинетическое уравнение	= k.	= kC.	= kC2.	= kC3.
2 Интегральное кинетическое уравнение	С0 - С = kt	C = C0∙e-kt	( ) = kt	( ) = 2kt
3 Константа скорости реакции, её размерность	k = [(моль/л)∙с-1]	k = [с-1]	k = [(моль/л)-1∙с-1]	k = [(моль/л)-2∙с-1]
4 Время полупревращения	τ½ =	τ½ =	τ½ =	τ½ =
5 Функция, линейно зависящая от времени	C	ln C