Кинетика реакций: учебное руководство

Главные идеи

Кинетика изучает, как быстро идут реакции. Закон скорости связывает скорость с концентрациями через константу скорости k, а порядок реакции определяет, как концентрация меняется со временем.

• Закон скорости: v = k[A]ⁿ, где порядок n находят экспериментально, а не по коэффициентам.
• В реакции первого порядка ln[A] линейно убывает со временем, а период полупревращения t½ = 0,693 ÷ k не зависит от начальной концентрации.
• При нулевом порядке линейно убывает [A], при втором линейна 1 ÷ [A]; их периоды полупревращения зависят от начальной концентрации.
• Уравнение Аррениуса k = A·e^(−Eₐ ÷ RT) говорит, что более высокая температура или более низкая энергия активации дают более быструю реакцию.

Основные формулы

• rate = k[A]ⁿ
• ln[A] = ln[A]₀ − kt (first order)
• t½ = ln 2 ÷ k = 0.693 ÷ k
• 1 ÷ [A] = 1 ÷ [A]₀ + kt (second order)
• k = A·e^(−Eₐ ÷ RT)

Разобранный пример

У реакции первого порядка k = 0,0231 мин⁻¹. Период полупревращения 0,693 ÷ 0,0231 = 30 мин. Через 90 мин, то есть три периода, остаётся (½)³ = 12,5 %. Проверка: e^(−0,0231 × 90) = e^(−2,08) = 0,125.

Частые ошибки

• Определение порядка реакции по коэффициентам уравнения.
• Применение формулы периода полупревращения первого порядка к реакции другого порядка.
• Забывание использовать кельвины и согласовывать единицы R и Eₐ в уравнении Аррениуса.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Кинетика реакций