Визначення приватних порядків реакції і величини енергії активації
1. Теоретична частина
У лабораторних роботах досліджується формальна кінетика процесу піролізу вуглеводнів. В якості вуглеводню розглянуто пропан. Позначимо вуглеводень А. Стехіометричне рівняння піролізу можна представити як А? продукти.
Відомо, що піроліз пропану це складний багатостадійний процес, і можливо експериментально знайдений приватний Порядок реакції по вуглеводню у формальному кінетичному рівнянні буде не цілим числом, а дробовим. Отже, формальне кінетичне рівняння піролізу буде мати вигляд
,
де w - швидкість реакції
Сa - поточна концентрація реагенту
?- Приватний Порядок реакції по реагенту
k - константа швидкості реакції
Інтегральний метод визначення приватного порядку реакції - метод полуревращенія.
У лабораторній роботі використовують інтегральний метод визначення приватного порядку реакції метод Оствальда-Нойес, а вірніше його окремий випадок - метод полупревращения.
Використовуване для характеристики кінетичних закономірностей поняття час полупревращения це час, необхідний для перетворення половини початкового кількості вихідної речовини. Математичне вираження для часу полупревращения знаходять шляхом підстановки в інтегральні рівняння реакції різних порядків значення щільності глибини, рівний.
У загальному випадку для реакції порядку? (при рівних початкових концентраціях реагентів) час полупревращения обчислюється за наступною формулою
Перетворимо останній вираз до виду
Аналіз отриманого виразу показує, що в правій частині виразу розташована постійна при певній температурі величина.
Отже, якщо провести два досвіду, що розрізняються початковою концентрацією реагенту, і визначити час полупревращения в них, то формула перетвориться до виду:
в одному досвіді початкова концентрація дорівнює а в другому
Логарифмування цього співвідношення дозволить алгебраїчним шляхом
Очевидно, що цим способом можна визначити будь величини.
У лабораторній роботі застосовується графічний варіант цього методу.
Отже, провівши серію дослідів з різною концентрацією вихідного можна потім побудувати залежність від.
Кутовий коефіцієнт цієї прямолінійної залежності дозволить знайти порядок реакції.
Зразковий вид залежності зображений на рис. 1.
Рис. 1
Диференціальний метод визначення приватного порядку реакції.
Диференціальний метод визначення порядків реакції заснований на обробці диференціального кінетичного рівняння реакції, яке для піролізу вуглеводню має вигляд
Очевидно, що в координатах ln w - ln c це буде пряма лінія з кутовим коефіцієнтом. Отже, необхідно отримати експериментальні дані про швидкість реакції. Перетворивши ці дані на логарифмический формат, потім потрібно побудувати графічну залежність і по кутовому коефіцієнту знайти. Можна аналізувати одну кінетичну криву, т. К. По ній можна знайти багато пар даних: концентрація-швидкість. Але частіше проводять серію дослідів з досліджуваної реакцією. У кожному досвіді за інших рівних умов задають свою початкову концентрацію реагенту. Знімають кінетичну криву і визначають початкову швидкість реакції. Відрізок, що відсікається на осі ординат при нульовому значенні ln cо, дозволить потім знайти величину константи швидкості реакції.
Визначення енергії активації
Енергія активації - це деяка порогова енергія, що характеризує висоту енергетичного бар'єру на шляху реакції. Енергія активації для більшості реакцій не залежить від температури.
Відомо рівняння Арреніуса
Воно містить два параметри, що характеризують хімічну реакцію:
ko - предекспоненціальний множник, який не залежить від температури, а визначається тільки виглядом реакції; E - енергію активації.
Енергію активації можна визначити, вимірявши константу швидкості при двох температурах. З рівняння Арреніуса слід
Більш точно енергію активації визначають за значеннями константи швидкості при декількох температурах, тобто графічно. Для цього рівняння записують у логарифмічній формі
і являють експериментальну залежність логарифма константи швидкості від зворотної температури в линеаризованной формі. У цьому випадку кутовий коефіцієнт прямої буде дорівнює
Зразковий вид залежності наведено на рис. 2.
Рис. 2
Але можна визначити величину ене...
