Określanie rzędu reakcji

Podobne dokumenty
Relaksacja. Chem. Fiz. TCH II/19 1

Definicja szybkości reakcji

Definicja szybkości reakcji. Szybkości reakcji. Równanie kinetyczne reakcji ...

Definicja szybkości reakcji

Kinetyka reakcji chemicznych

Stan równowagi chemicznej

WYZNACZANIE STAŁEJ SZYBKOŚCI I RZĘDU REAKCJI (Utlenianie jonów Fe 2+ jonami ClO 3

WAHADŁO SPRĘŻYNOWE. POMIAR POLA ELIPSY ENERGII.

Inżynieria Biomedyczna

(Ćwiczenie nr 4) Wpływ siły jonowej roztworu na stałą szybkości reakcji.

1 Kinetyka reakcji chemicznych

Powtórzenie na kolokwium nr 4. Dynamika punktu materialnego

A B Skąd wiadomo, że reakcja zachodzi? Co jest miarą szybkości reakcji?

Inżynieria Biomedyczna

Kinetyka chemiczna kataliza i reakcje enzymatyczne

Kinetyka reakcji chemicznych Kataliza i reakcje enzymatyczne Kinetyka reakcji enzymatycznych Równanie Michaelis-Menten

Wykład 4. Anna Ptaszek. 27 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 4. Anna Ptaszek 1 / 31

Wykład 4. Anna Ptaszek. 9 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 4. Anna Ptaszek 1 / 29

A. Cel ćwiczenia. B. Część teoretyczna

Kinetyka chemiczna jest działem fizykochemii zajmującym się szybkością i mechanizmem reakcji chemicznych w różnych warunkach. a RT.

a) 1 mol b) 0,5 mola c) 1,7 mola d) potrzebna jest znajomość objętości zbiornika, aby można było przeprowadzić obliczenia

Podstawy rachunku prawdopodobieństwa (przypomnienie)

Odwracalność przemiany chemicznej

R w =

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

Ćwiczenie 362. Wyznaczanie ogniskowej soczewek metodą Bessela i pomiar promieni krzywizny za pomocą sferometru. Odległość przedmiotu od ekranu, [m] l

σ-ciało zdarzeń Niech Ω będzie niepustym zbiorem zdarzeń elementarnych, a zbiór F rodziną podzbiorów zbioru Ω spełniającą warunki: jeśli A F, to A F;

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Ćwiczenie VI KATALIZA HOMOGENICZNA: ESTRYFIKACJA KWASÓW ORGANICZNYCH ALKOHOLAMI

DRGANIA WŁASNE RAM OBLICZANIE CZĘSTOŚCI KOŁOWYCH DRGAŃ WŁASNYCH

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

ZASTOSOWANIE METODY MONTE CARLO DO WYZNACZANIA KRZYWYCH KINETYCZNYCH ZŁOŻONYCH REAKCJI CHEMICZNYCH

Wykład 9. Fizyka 1 (Informatyka - EEIiA 2006/07)

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES

Matematyka dyskretna. Wykład 2: Kombinatoryka. Gniewomir Sarbicki

Ćwiczenie X: WYZNACZANIE STAŁEJ SZYBKOŚCI REAKCJI Z POMIARÓW PRZEWODNICTWA

KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3. fermentacja alkoholowa

fermentacja alkoholowa erozja skał lata dni KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3 min Karkonosze Pielgrzymy (1204 m n.p.m.)

4.15 Badanie dyfrakcji światła laserowego na krysztale koloidalnym(o19)

Krzywe stożkowe. 1 Powinowactwo prostokątne. 2 Elipsa. Niech l będzie ustaloną prostą i k ustaloną liczbą dodatnią.

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU ANALITYCZNEGO

REAKCJE CHEMICZNE. syntezy. analizy. wymiany AB A + B. rodzaje reakcji chemicznych reakcje: H 2 SO NaOH A + B AB 2 H 2 + O 2 = 2H 2 O

ANEMOMETRIA LASEROWA

A i A j lub A j A i. Operator γ : 2 X 2 X jest ciągły gdy

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Kinetyka. Kinetyka. Stawia dwa pytania: 1)Jak szybko biegną reakcje? 2) W jaki sposób przebiegają reakcje? energia swobodna, G. postęp reakcji.

(U.3) Podstawy formalizmu mechaniki kwantowej

1 Równania różniczkowe drugiego rzędu

KINETYKA REAKCJI CHEMICZNYCH I KATALIZA

Temat wykładu: Całka nieoznaczona. Kody kolorów: żółty nowe pojęcie pomarańczowy uwaga kursywa komentarz * materiał nadobowiązkowy

KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3. fermentacja alkoholowa

Chemia fizyczna 2 - wykład

dr Bartłomiej Rokicki Katedra Makroekonomii i Teorii Handlu Zagranicznego Wydział Nauk Ekonomicznych UW

Enzymologia I. Kinetyka - program Gepasi. Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii Zakład Regulacji Metabolizmu

Kinetyka. energia swobodna, G. postęp reakcji. stan 1 stan 2. kinetyka

Mechanika relatywistyczna

Podstawy termodynamiki

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

Chemia - laboratorium

Wykład 21: Studnie i bariery cz.1.

Wykład 2 - model produkcji input-output (Model 1)

Składowe odpowiedzi czasowej. Wyznaczanie macierzy podstawowej

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

MODYFIKACJA KOSZTOWA ALGORYTMU JOHNSONA DO SZEREGOWANIA ZADAŃ BUDOWLANYCH

ĆWICZENIE 1. Farmakokinetyka podania dożylnego i pozanaczyniowego leku w modelu jednokompartmentowym

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

Układy równań i równania wyższych rzędów

UZUPEŁNIENIA DO WYKŁADÓW A-C

Równania różniczkowe wyższych rzędów

Definicje i przykłady

Optymalizacja harmonogramów budowlanych - problem szeregowania zadań

Temat ćwiczenia: POMIARY W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH PRĄDU STAŁEGO. A Lp. U[V] I[mA] R 0 [ ] P 0 [mw] R 0 [ ] 1. U 0 AB= I Z =

1 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

P k k (n k) = k {O O O} = ; {O O R} =

Koła rowerowe malują fraktale

Ćwiczenie 6. Symulacja komputerowa wybranych procesów farmakokinetycznych z uwzględnieniem farmakokinetyki bezmodelowej

Analiza B. Paweł Głowacki

Układy oscylacyjne w przyrodzie

Wykład 2 - model produkcji input-output (Model 1)

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

1 Całki funkcji wymiernych

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 4

Wyznaczanie stałej szybkości reakcji wymiany jonowej

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES. y = ax + b. a i b to współczynniki funkcji, które mają wartości liczbowe

I. Pochodna i różniczka funkcji jednej zmiennej. 1. Definicja pochodnej funkcji i jej interpretacja fizyczna. Istnienie pochodnej funkcji.

Pole magnetyczne ma tę własność, że jego dywergencja jest wszędzie równa zeru.

Rozważmy nieustalony, adiabatyczny, jednowymiarowy ruch gazu nielepkiego i nieprzewodzącego ciepła. Mamy następujące równania rządzące tym ruchem:

erozja skał lata KI + Pb(NO 3 ) 2 PbI 2 + KNO 3 min Karkonosze Pielgrzymy (1204 m n.p.m.)

1. Liczby naturalne, podzielność, silnie, reszty z dzielenia

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

Elementy optyki. Odbicie i załamanie fal Zasada Huygensa Zasada Fermata Interferencja Dyfrakcja Siatka dyfrakcyjna

Równania różniczkowe. Notatki z wykładu.

LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ KINETYKA POLIKONDENSACJI POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY

Matematyka licea ogólnokształcące, technika

REFERAT PRACY MAGISTERSKIEJ Symulacja estymacji stanu zanieczyszczeń rzeki z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych.

Zajęcia nr. 3 notatki

Transkrypt:

Oreślanie rzędu reaji Ponieważ rząd reaji jest wielośią zysto formalną, jego oreślenie jest możliwe tylo esperymentalnie. Jedynie dla reaji elementarnyh rząd reaji jest równy ih ząstezowośi (o zym dalej). Temat najbliższyh rozważań brzmi zatem: Ja na podstawie danyh doświadzalnyh rozpoznać rząd reaji? Warto zaznazyć, że przedstawione tutaj metody mają znazenie głównie historyzne, gdyż dzisiaj w dobie somputeryzowanyh przyrządów pomiarowyh (analityznyh), z łatwośią pozysuje się duże zbiory danyh f(t), tóre następnie dopasowuje się do równań inetyznyh różnyh rzędów tehniami regresji. Chem. Fiz. TCH II/8

Oreślanie rzędu reaji () Przedstawione tu metody pohodzą z zasów, gdy możliwośi oblizeniowe były ogranizone, należało zatem wymagać więszej starannośi w przygotowaniu i przeprowadzeniu esperymentu. Metoda podstawiania do wzoru Metoda ta polega na podstawianiu danyh olejno do równań inetyznyh różnyh rzędów i sprawdzaniu, dla tórego rzędu stała szybośi jest rzezywiśie stałą, tzn. nie zależy od zmniejszająego się stężenia substratów. Metoda grafizna Polega na wyreśleniu danyh olejno w uładah zlinearyzowanyh równań inetyznyh różnyh rzędów i sprawdzaniu, dla tórego rzędu wyres jest linią prostą. Jego nahylenie to stała szybośi. Ja łatwo zauważyć, metoda regresji jest uogólnieniem obu tutaj wymienionyh. Chem. Fiz. TCH II/8

Oreślanie rzędu reaji (3) Metoda wyznazania oresu połowiznej przemiany Ja mogliśmy zauważyć, zas połowiznej przemiany jest wprost proporjonalny do stężenia pozątowego dla rzędu 0, nie zależy od niego dla rzędu i jest odwrotnie proporjonalny dla rzędu. Można to uogólnić w postai wzoru: τ / n i po wyznazeniu zasu połowiznej przemiany dla ilu stężeń, przetestować proporjonalność wg podanego wzoru dla różnyh n. Metoda ałowa Ostwalda-Zawidziego-Noyesa Jest to wariant metody poprzedniej, polegająy na wyznazeniu zasu połowiznej przemiany (lub innego zasu dla tego samego stopnia przereagowania) dla dwóh różnyh stężeń pozątowyh, o daje się ująć wzorami: t t 0 0 n lub lnt n + ln lnt ln 0 0 Chem. Fiz. TCH II/8 3 3

Oreślanie rzędu reaji (4) Metoda różniowa van t Hoffa Metoda ta wyorzystuje nie znajomość stężenia, a szybośi reaji, przy założeniu, że jest ona dość powolna (stężenie nie zmienia się wiele z zasem). Najzęśiej używa się jej dla szybośi pozątowyh reaji, iedy to obowiązuje: ln v0 ln v0 n ln 0 ln 0 Metoda izolayjna szybośi pozątowyh Metoda ta również wyorzystuje szybośi pozątowe, wyznazane w ilu doświadzeniah w ten sposób, aby wpływ stężenia jednego lub ilu substratów wyeliminować. Przyład podany jest na następnym slajdzie. Chem. Fiz. TCH II/8 4 4

Oreślanie rzędu reaji (5) Przyład: X + Y XY+ X Lp. Stężenie pozątowe mmol/dm 3 X Y Szybość pozątowa mmol/(dm 3 min) 450 70 0,8 50 70, 3 450 90 3,6 Chem. Fiz. TCH II/8 5 5

Oreślanie rzędu reaji (6) Jeżeli zapiszemy równanie inetyzne reaji dla esperymentów numer i 3 eliminujemy wpływ substratu X, tórego stężenia pozątowe są w obu doświadzeniah jednaowe, poprzez podzielenie ih stronami: m n v0 0X 0Y m n v03 0X 3 0Y3 m m X 0X 3 0 v v 0 03 n 0Y n 0Y3 0Y 0Y3 n n ln v ln 0 0Y ln v ln 03 0Y3 Nawet bez logarytmowania widać, że stężenie Y zmalało 3 razy i tyleż zmalała szybość pozątowa. Zatem rząd reaji względem Y wynosi. Analogiznie rozpatrują doświadzenia i, gdzie eliminujemy wpływ substratu Y, widzimy, że stężenie X zmalało 3 razy, za to szybość pozątowa 9 razy, o oznaza rząd względem X. Chem. Fiz. TCH II/8 6 6

Oreślanie rzędu reaji (7) Doświadzalne wyznazanie stężeń może nie być proste. Jeżeli jedna mierzymy w zasie reaji dowolną wielość addytywną X (np. iśnienie, objętość, przewodnitwo eletryzne, gęstość, absorpję światła), to możemy oblizyć stężenie po zasie t ze wzoru: t X X X 0 X 0 gdzie, ozywiśie, indes oznaza pomiar po zasie, iedy mierzona wartość wielośi addytywnej już się nie zmienia (w graniah niepewnośi stosowanej metody pomiarowej analityznej). t Chem. Fiz. TCH II/8 7 7

Trohę ałowania zyli inetya reaji rzędu i wyższyh, przy różnyh stężeniah pozątowyh substratów: Dla reaji. rzędu AA stosowalność wzoru wyprowadzonego uprzednio nie ulega wątpliwośi. Podobnie dla reaji A+BAB, gdy. Co jedna, gdy? Możliwe są dwa podejśia. Jeżeli >> (lub odwrotnie), to możemy potratować reaję rzędu. jao reaję rzędu pseudopierwszego, włązają stężenie dominująego sładnia, tóre pratyznie się nie zmienia, do stałej szybośi reaji. v ' A B Dalsze sałowanie równania nie stanowi problemu. Zauważmy, że zas połowiznej przemiany dotyzy tutaj tylo substratu B. B B Chem. Fiz. TCH II/8 8 8

Trohę ałowania () Dana jest reaja A+BAB, przy zym i oba stężenia są współmierne. Musimy wybrać sobie pewną zmienną x, tóra pozwoli nam uzależnić stężenie jednego substratu od drugiego. da db dab dx v A B dt dt dt dt x; x; x A B AB dx dt ( x)( x) Mamy już tylo jedną zmienną x oraz same stałe. Chem. Fiz. TCH II/8 9 C AB x przy zalożeniu, że C B 0. 9

Trohę ałowania (3) Mają równanie różnizowe jednej zmiennej (poza zasem), ( )( ) x x rozdzielamy zmienne i ałujemy: dx dt Musimy jedna rozłożyć funję podałową na dwie. Można znaleźć dwie stałe (K, L) taie, że: ( x)( x) ( x) ( x) K K + ( ) ( ) ; L L Chem. Fiz. TCH II/8 0 0

o pozwala zapisać Trohę ałowania (4) ałę jao: ( ) ( ) ( ) i ostateznie znaleźć ałę dx x nieoznazoną: ( ) ln ( x) ( x) dx x t + onst dt Z warunów pozątowyh: t0, x0; znajdujemy stałą ałowania: o daje ostatezny wzór : ( ) ( ) ln ln onst ( 0 A x) ( x) t Chem. Fiz. TCH II/8 Łatwo znaleźć zas dla danego x, trudniej odwrotnie (ale da się numeryznie).

A Trohę ałowania (5) Dla ogólnej postai równania. rzędu: αx d αdt α A + βb +... ϑt B d βdt βx d ϑt dx dt A B T v ( β α ) iedy to: ln Równanie sałowane ma postać: + ϑx Chem. Fiz. TCH II/8 ( 0 A αx) ( βx) T A t B

Reaje elementarne i złożone Reaje hemizne w więszośi nie zahodzą ta, ja je zapisujemy w postai równań. Równania te jedynie przedstawiają sumaryzną stehiometrię reaji. W więszośi reaje hemizne są z punty widzenia ih przebiegu, a zatem i inetyi reajami złożonymi. Oznaza to, że przebiegają w ilu etapah, z tóryh ażdy jest reają elementarną. Wszystie reaje elementarne sładająe się na reaję złożoną przedstawiają mehanizm tej ostatniej. Reaje elementarne zahodzą ta ja są zapisane. Ih rząd da się oreślić na podstawie ih ząstezowośi, tzn. lizby ząsteze, tóre muszą się spotać, aby reaja zaszła. Dla reaji elementarnyh rząd lizba ząsteze substratów. Chem. Fiz. TCH II/8 3 3

Zależność szybośi reaji od temperatury Szybość więszośi reaji hemiznyh (a zawsze reaji elementarnyh) rośnie z temperaturą. Użytezną regułą przybliżoną (van t Hoffa) jest założenie, że szybość reaji rośnie dwurotnie z przyrostem temperatury o 0 o C (K). Zależność szybośi reaji od temperatury oznaza zależność stałej szybośi reaji od temperatury: T +0 T Doładniej zależność stałej równowagi od temperatury opisuje równanie Arrheniusa: A e E a RT Chem. Fiz. TCH II/8 4 4

Równanie Arrheniusa E A energia atywaji A zynni przedwyładnizy (zynni zęstośi) A e Ea ln ln A RT a tanα Chem. Fiz. TCH II/8 5 E a RT Wynii pomiarów w funji T przedstawione w uładzie zlinearyzowanym lnf(/t) pozwalają wyznazyć parametry równania Arrheniusa. Współzynni ierunowy: E R Bliższy sens fizyzny obu współzynniów będzie wyjaśniony później. 5

Kinetya reaji złożonyh reaje odwraalne W dotyhzasowyh rozważaniah reaje tratowaliśmy jao biegnąe do ońa (w sensie stehiometryznym), hoć zasem onie ten przypadał po zasie t. W rzezywistośi równowagi reaji nie zawsze pozwalają nam na taie podejśie. Stan równowagi nie jest stanem statyznym (jedynie zewnętrzna obserwaja sugeruje stwierdzenie, że reaja nie zahodzi). W rzezywistośi mamy do zynienia ze stanem równowagi dynamiznej, w tórym zahodzą dwie reaje: z lewa na prawo i z prawa na lewo, lez biegną one z jednaową szybośią. A - B v A B A v B v v B K jest stężeniową K stałą równowagi A reaji. Chem. Fiz. TCH II/8 6 Jest to przy założeniu, że obie reaje są pierwszego rzędu. Stężenia ze znaiem niesońzonośi oznazają stężenia równowagowe. 6

Reaje odwraalne Równanie inetyzne można tu zapisać w postai: d dt A A tóre po sałowaniu ma postać: ln ( + )t A B o, jeżeli znamy sład mieszaniny A ln ( )t równowagowej można wyrazić jao: + A A Przypade z obiema reajami drugiego rzędu jest bardziej sompliowany, a już do bardzo trudnyh należą przypadi o rożnym rzędzie reaji w ażdą ze stron. B Chem. Fiz. TCH II/8 7 7

Reaje równoległe Gdy w danyh warunah jeden substrat może rozpadać się na ila produtów, o da się zapisać shematem: Wtedy, przy założeniu, że reaja jest. rzędu na ażdej drodze, mamy da A + A + 3A dt o po sałowaniu daje: ln ( + + 3 )t A Chem. Fiz. TCH II/8 8 8

Reaje następze Reaje następze są to reaje o shemaie: A B C w tórym ażda z reaji (A B i B C) jest reają elementarną. Można zatem powiedzieć, że z puntu widzenia ałej serii reaji, substanja B jest produtem przejśiowym. Można też zapisać następująe równania inetyzne: d dt A d d () () (3) dt dt B C A A B B Wyprowadzimy teraz wzory oreślająe zmiany stężenia w zasie dla ażdego z reagentów: Chem. Fiz. TCH II/8 9 9

0 Chem. Fiz. TCH II/8 0 Reaje następze () Dla substanji A otrzymujemy prosty spade wyładnizy: t e A Jeżeli wyni wstawimy do równania () i założymy 0: ( ) B e e t t Wreszie, uwzględniają, że dla dowolnego momentu reaji, jeśli 0 i 0C 0 musi być spełnione A + B + C, otrzymujemy: C e e t t +

Reaje następze (3) Wyres zmian stężeń A, B i C w zasie przedstawiono niżej:. 0.8 Re aje nas tę p ze [X]/[A 0 ] 0.6 0.4 0. 0 0 0 0 30 40 50 60 Chem. Fiz. TCH tii/8

Reaje następze (4) Można też wylizyć zas, po jaim B osiągnie masimum d dt C t t ( e e ) Wartość tego wyrażenia równa jest zeru, gdy: e t e t z zego wynia, że tt max wynosi t max 0 ln Chem. Fiz. TCH II/8