Односторонние последовательные реакции

Реакции считаются последовательными, если вещество, образующееся в одной реакции, является исходным для другой. Реакции часто встречаются на практике и могут быть моно-, би- или тримолекулярными, односторонними или обратимыми.

Рассмотрим последовательную одностороннюю реакцию первого порядка

В – промежуточное вещество

К любому времени

Составим кинетические уравнения для каждой стадии такой реакции

система дифференциалов кинетических уравнений

Для I стадии реакции:

(реакция I порядка)

или (1.56)

(1.57)

Для второй стадии реакции:

, проведя интегрирование получаем

(1.58)

y = (1.59)

(x-y) = - концентрация промежуточного вещества B ко времени τ.

Анализ развития последовательной реакции

Одной из особенностей последовательных реакций является наличие на графике индукционного периода, когда конечный продукт почти не обнаруживается. Кривая в начальный период почти сливается с горизонтальной осью.

1) на кривой зависимости имеется max, соответствующий τ_max. Как видно из рисунка в момент max образования промежуточного вещества (B) наблюдается перегиб на кривой зависимости или y = f(τ)

Рассчитаем значение τ_max. Когда (x-y) = max, производная равна 0.

(x-y) =

0 =

(1.60)

2) Найдем, чему будет равно , для этого в уравнение подставим значение τ_max:

поделим на k₁

(1.61)

Как видно из уравнения (1.61) max количество промежуточного вещества (B) не зависит от абсолютного значения констант k₂ и k₁, а определяется только их соотношением. С увеличением соотношения γ = снижается.

3) Рассмотрим 2 случая, когда γ₁ = = 2 и γ₂ = = 10

При γ₂ = 10, во втором случае, промежуточное вещество будет превращаться значительно быстрее чем возникать (k₂ >> k₁), его можно не заметить (1.62)

Если k₁ >> k₂, то скорость возникновения промежуточного продукта выше, чем его расходование. (1.63)