кинетика I

Тема лекції:Тема лекції: ««Основні поняття та Основні поняття та закономірності хімічної кінетикизакономірності хімічної кінетики»»

Лектор: доцент Бондаренко Лектор: доцент Бондаренко Наталія ЮріївнаНаталія Юріївна

Кафедра фізичної та колоїдної хімії Національний фармацевтичний університет

Кафедра фізичної та колоїдної хімії

План лекції:План лекції:1. Швидкість хімічних реакцій, методи її визначення тафактори, що впливають на швидкість реакцій.2. Класифікація хімічних реакцій.3. Молекулярність і порядок реакції.4. Реакції першого, другого та третього порядків.5. Методи визначення порядку реакції.

Література:Література:1.Кабачний, В. І. Лекції з фізичної хімії : навч. посіб. для студ. вищ. фармац. навч. закл. / В. І. Кабачний, Л. Д. Грицан, Т. О. Томаровська, Л. К. Осіпенко; за ред. В. І. Кабачного. — Х. : НФаУ: Золоті сторінки, 2012. – 280 с.2. Физическая и коллоидная химия / В. И. Кабачный, Л. К. Осипенко, Л. Д. Грицан и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – Х. : Изд-во НФаУ, 2010. – 432 с.

Хімічна кінетика – це розділ фізичної хімії, в якому вивчають

кінетичні закономірності та механізми перебігу хімічних реакцій,

а також фактори, які впливають на їх швидкість.

Кінетика має важливе значення для фармації, а саме: дослідження залежності швидкості реакцій від різних

факторів дає можливість інтенсифікувати технологічні процеси фармацевтичних виробництв;

вивчення впливу температури та інших факторів на швидкість розкладання БАР дозволяє визначати термін придатності лікарських засобів, знаходити фактори, що сприяють їх стійкості, обирати раціональну технологію виготовлення;

дослідження, пов'язані з вивченням швидкості засвоювання та виведення лікарських препаратів в організмі, дозволяють пояснити механізм їх фізіологічної дії тощо.


ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ, МЕТОДИ ЇЇ РЕАКЦІЙ, МЕТОДИ ЇЇ

ВИМІРЮВАННЯ ТА ВИМІРЮВАННЯ ТА ФАКТОРИ, ЩО ФАКТОРИ, ЩО

ВПЛИВАЮТЬ НА ВПЛИВАЮТЬ НА ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ

РЕАКЦІЙРЕАКЦІЙ


Формальна кінетика дає математичний вираз швидкостіреакції без врахування механізму її перебігу.Швидкість хімічної реакції – це зміна концентраціївихідних речовин (або продуктів) реакції за одиницю часу.

t

cc 12v

Істинна швидкість хімічної реакції – це

похідна концентрації за часом.

Якщо швидкість характеризують за

вихідною речовиною, то ця величина є

умовно від’ємною, оскільки концентрація її

зменшується.


dt

dñv

Існують два основних методи контролю зміни концентрації:

Метод безперервних спостережень

Метод відбору проб

Сутність методу: визначення концентрації речовин здійснюється безпосередньо у реакційній суміші за зміною фізико-хімічних властивостей (світлопоглинання, показник заломлення, в’язкість, тиск та ін.)

Сутність методу: за різні проміжки часу з реакційної маси відбирають окремі проби, різко заповільнюють реакцію і вимірюють концентрацію доступними аналітичними методами (наприклад титруванням)


Фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції:1. природа реагуючих речовин та їх концентрація;2. наявність каталізатора та його концентрація;3. природа розчинника;4. зовнішні умови (температура, тиск – для газів).

Згідно основного постулату хімічної кінетики швидкістьхімічної реакції (v) пропорційна добутку концентраційреагуючих речовин, піднесених до деяких ступенів.

Наприклад, для реакції:продукти ... D B А dbа

.v 321 n

D

n

B

n

A ccck швидкість

Коефіцієнт k називають константою швидкості реакції.

Якщо сА = сВ = сD, або сА·сВ·сD = 1, то k = v. Такий

фізичний зміст константи швидкості вказує на те, що

її величина залежить від усіх факторів, що впливають

на швидкість реакції, за виключенням концентрації.


КЛАСИФІКАЦІЯКЛАСИФІКАЦІЯ

ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ


За ступенем складності:

прості або елементарні (реакції, які перебігають в одному напрямку та

до кінця);

складні (оборотні, необоротні, ізольовані, паралельні, послідовні, спряжені).

За природою частинок, що беруть участь у реакції:

молекулярні (за участю молекул);

йонні (за участю йонів);

радикальні, ланцюгові (за участю вільних радикалів).

За числом фаз, які беруть участь у реакції:

гомогенні (перебігають в одній фазі);

гетерогенні (відбуваються на межі розділу фаз).

За характером залежності швидкості реакції від концентрації реагентів розрізняють реакції

нульового, першого, другого, третього та дробового порядків.

За молекулярністю – кількістю частинок, котрі беруть участь у елементарному акті взаємодіїї розрізняють:

одно-, двох-, та тримолекулярні реакції.


МОЛЕКУЛЯРНІСТЬМОЛЕКУЛЯРНІСТЬ

ТА ПОРЯДОК РЕАКЦІЇТА ПОРЯДОК РЕАКЦІЇ


Молекулярність – кількість молекул (або інших частинок), які беруть

участь у елементарному акті хімічної взаємодії. Розрізняють:

Одно- або мономолекулярні

Бімолекулярні Тримолекулярні

А → СА → В + С

2А → СА + В → С

3А → С2А + В → С

А + В + С → D

Загальний та частковий порядок реакції.

Частковий порядок реакції за речовиною визначається

за показником ступеня, до якого піднесена концентрація

даного реагенту у кінетичному рівнянні реакції –

математичному виразу залежності швидкості від

концентрації. Загальний порядок реакції (n)

визначається сумою показників ступенів концентрацій у

кінетичному рівнянні реакції. Порядок реакції може

бути встановлений лише експериментальним шляхом.


Чотири - та вище молекулярні реакції не

існують, тому що малоймовірне одночасне

зіткнення чотирьох або більше активних

молекул своїми реакційними центрами.

Лише для елементарних (простих) реакцій числові значення молекулярності та

кінетичного порядку співпадають

і дорівнюють стехіометричним

коефіціентам.


Причини неспівпадіння порядку та молекулярності реакції1.У випадку, коли один з реагентів взятий у надлишку у

порівнянні з іншим, а тому його концентрація вважається сталою. Приклад: реакція гідролізу цукрози (бімолекулярна реакція «псевдопершого» порядку).

С12Н22О11+Н2О → С6Н12О6+ С6Н12О6

2.У випадку складних реакцій, які перебігають у декілька стадій, загальна швидкість утворення кінцевого продукту (або продуктів) реакції буде визначатися швидкістю найповільнішої стадії, яка називається «лімітуючою».

Приклад: послідовні реакції

2N2O5 = 2N2O4 + O2

1) N2O5 = N2O3 + O2 – повільна;

2) N2O3 = NО2 + NO – щвидка;

3) NO + N2O5 = 3NO2 – швидка;

4) 2NO2 = N2O4 – швидка.


РЕАКЦІЇ ПЕРШОГО,РЕАКЦІЇ ПЕРШОГО,

ДРУГОГО ТАДРУГОГО ТА

ТРЕТЬОГО ПОРЯДКІВТРЕТЬОГО ПОРЯДКІВ


Реакції першого порядку (n=1)

.0

c

cln

t

1k

lnc

t 0

lnc0

tg = – k

Розмірність константи швидкості [k] = t–1

(c–1, хв–1 та ін.)

.k

ln/

221

Період напівперетворення (час, протягомякого прореагувала половина вихідноїречовини) для реакції першого порядку можнарозрахувати:

Константу швидкості для реакції першого порядкуможна знайти графічним таалгебраїчним методами:


Реакції другого порядку (n=2)

111

0

cctk

Константу швидкостіреакції другого порядкузнаходять графічно таалгебраїчно за рівнянням:

Розмірність константи швидкості [k] == t–1·c–1 (хв–1·л·моль–1).

Період напівперетворення для реакціїдругого порядку можна розрахувати:

.ck

/0

21

1

0

1/c0

1/c

tg = k

t


Реакції третього порядку (n=3)

2

02

11

2

1

cctk

Розмірність константи швидкості [k] = t–1·c–2

(хв–1·л2·моль–2)

Період напівперетворення для реакції третього порядку можна розрахувати:

1/с02

t 0

1/c2

tg = 2k

2

0

2/1 2

3

kc

Константу швидкості реакції третього порядку можна знайти аналогічно за рівнянням:


МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ПОРЯДКУ РЕАКЦІЇПОРЯДКУ РЕАКЦІЇ


Для визначення порядку реакції за даним реагентомнеобхідно створити такі умови, щоб під час реакції змінюваласьлише концентрація цього реагента; концентрації інших учасниківреакції повинні бути настільки великі, щоб їх зміною можна булознехтувати.

де n – порядок реакції за даним реагентом. ,v nkñУсі відомі методи визначення порядку реакції

поділяють на:

1. інтегральні:

1.1.метод підбору кінетичного рівняння;

1.2.графічний метод;

1.3.метод розрахунку періоду напівперетворення.

2. диференціальні:

2.1.метод Вант-Гоффа

2.2.метод Оствальда


Метод підбору кінетичного рівнянняЕкспериментальні значення поточної концентрації для

кожного моменту часу підставляють у рівняння длярозрахунку констант швидкостей реакцій різних порядків.Порядок реакції відповідає тому рівнянню, за якимотримують сталі значення константи швидкості реакції.

àáîc

cln

t

1k ,0

, 111

0

абоcct

k

.11

2

12

0

2

cctk


Графічний метод

Побудова графіків за експериментальними значеннями с і t в координатах, які дають лінійну залежність.

Для реакцій першого порядку буде спостерігатись лінійність в координатах lnc – t, для реакцій другого порядку – в координатах 1/с – t, третього порядку –1/с2 – t.

Метод розрахунку періоду напівперетворення

Вивчення залежності періоду напівперетворення

від початкової концентрації реагуючих речовин.

Для реакцій першого порядку τ½ не залежить від

со, для реакцій другого порядку – обернено

пропорційний со, для третього порядку –

обернено пропорційний со2.


Метод Вант-ГоффаВ основі методу покладено

залежність:З отриманої графічної залежності,побудованої в координатах lnv – lnc,за тангенсом кута нахилурозраховуємо порядок реакції n.

.lnlnvln cnk lnv

tg = n

lnc


Порядок реакції також можна розрахувати

алгебраїчно, використовуючи рівняння:

n = Δlnv/Δlnc

Метод Оствальда

Для реакції:

диференціальна форма кінетичного рівняння має вигляд:

продукти ... С B А dbа

321

321

nnn ccckdt

dc

За умов достатньо великого надлишку В і С

визначають частковий порядок реакції за

речовиною А методом Вант-Гоффа.

Аналогічно виконують досліди за умов

надлишку А і С (визначають частковий

порядок реакції за речовиною В), а відтак –

надлишку А і В відповідно (визначають

частковий порядок реакції за речовиною С).


Дякую за увагу!Дякую за увагу!


Education

кинетика I