Моделирование химико-технологических процессов в производстве неорганических веществ учебное пособие

29 
Из сопоставления уравнений (4.4) и (4.6) получаются так называемые 
кинетические уравнения: 
(4.7) 
Таким образом, уравнение, отражающее изменение концентрации 
вещества во времени в ходе химической реакции, называется кинетическим, а 
кривая, соответствующая решению этого уравнения, — кинетической кривой. 
Если в реакции участвуют вещества A, B, … D, то скорость реакции 
можно записать согласно закону действующих масс: 
. 
(4.8) 
Степень, в которую возводятся концентрации, называется порядком 
реакции. Так, указанная реакция имеет: порядок a по отношению к реагенту А; 
порядок b по отношению к реагенту В и общий порядок n. Согласно уравнению 
(4.7), скорость можно представить произведением двух членов, один из 
которых характеризует зависимость от температуры, а другой — от состава: 
(4.9) 
Известно, что для таких реакций член, выражающий температурную 
зависимость (так называемая константа скорости реакции), довольно точно 
передается уравнением Аррениуса: 
. 
(4.10) 
Для реакции, зависящей от концентрации в первой степени, константа 
скорости реакции имеет размерность: 
. 
 
4.4. Механизм химической реакции. Простые и сложные реакции 
В химической реакции не всегда происходит непосредственное 
превращение исходных молекул в молекулы продуктов реакции. В 
большинстве случаев реакция протекает в несколько стадий. Совокупность 

30 
стадий, из которых состоит химическая реакция, называется механизмом 
химической реакции. 
Стехиометрическое уравнение химической реакции показывает, в каких 
количественных соотношениях вещества вступают во взаимодействие. Однако 
фактически 
реакция 
редко 
протекает 
по 
схеме, 
описываемой 
стехиометрическим уравнением. Например, реакция взаимодействия водорода 
и брома записывается стехиометрическим уравнением: 
В действительности же реакция протекает по более сложной схеме: 
Таким образом, стехиометрическое уравнение отражает только 
суммарный эффект ряда реакций. 
Наиболее простым является механизм реакции, которая протекает в одну 
стадию и для которой имеется соответствие между стехиометрическим 
уравнением 
и 
уравнением 
скорости. 
Такие 
реакции 
называются 
элементарными. Реакции, в элементарном акте которых участвуют одна, две 
или три молекулы, называются соответственно мономолекулярными, 
бимолекулярными и тримолекулярными. Для элементарных реакций порядок 
реакции и ее молекулярность совпадают, и кинетическое уравнение 
записывается в виде степенной зависимости. Для реакции вида: 
кинетическое уравнение запишется в виде: 
(4.11) 
При отсутствии прямой связи между стехиометрическим уравнением и 
выражением скорости данная реакция является неэлементарной. Классическим 
примером неэлементарной реакции служит взаимодействие водорода и брома: 

31 
Скорость реакции описывается уравнением: 
Неэлементарные реакции объясняют, исходя из предположения, что 
процесс, наблюдаемый как простая реакция, в действительности является 
суммарным эффектом ряда элементарных реакций. 
По количеству стехиометрических уравнений, необходимых для 
описания химического превращения, различают простые и сложные реакции. 
Если одного стехиометрического уравнения достаточно, то ее относят к 
простым реакциям. Если же для описания наблюдаемого течения реакции 
необходимо несколько стехиометрических и кинетических уравнений, то ее 
относят к сложным реакциям. 
Рассмотрим примеры простых элементарных реакций и соответствующие 
им кинетические уравнения: 
(4.12) 
Если в элементарной простой реакции участвует одинаковое число 
молекул различных компонентов, то константы скорости реакции, 
соответствующие любому компоненту, будут иметь равные численные 
значения, т.е. kА = kВ = ... = kS, иначе константы будут различными. 

32 
Рассмотрим пример: 
, 
для компонента А: 
для компонента B: 
для компонента S: 
Сложные 
реакции 
математически 
описываются 
системами 
дифференциальных уравнений, количество которых определяется числом 
реагирующих веществ. Приведем примеры сложных химических реакций и 
соответствующие им кинетические уравнения: 
— последовательная реакция: 
, 
(4.13) 
— параллельная реакция: 
(4.14) 

33 
— смешанная реакция: 
(4.15) 

жүктеу/скачать 4.76 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: