Reakcja pierwszego rzędu
Reakcja pierwszego rzędu – reakcja, w której równaniu kinetycznym (w postaci jednomianu potęgowego) suma wykładników potęg jest równa 1[1]. Można też ją zdefiniować jako reakcję elementarną, której szybkość jest proporcjonalna do stężenia tylko jednego reagentu[2][3]. Jej rząd reakcji równy jest jeden, a równanie kinetyczne ma formę: szybkość reakcji = k × stężenie substratu[2][3].
Zależności kinetyczne
edytujc – stężenie substratu, a – stężenie początkowe, k – stała szybkości reakcji, t1/2 – czas połowicznej przemiany
W reaktorze zbiornikowym pracującym okresowo reakcję rzędu pierwszego względem substratu A opisuje równanie kinetyczne:
gdzie:
- – stężenie substratu A,
- – stała szybkości reakcji.
Zakładając idealne wymieszanie reagentów, równanie bilansu masy składnika A przyjmuje postać:
a po rozdzieleniu zmiennych i scałkowaniu:
czyli
gdzie – początkowe stężenie substratu A.
Powyższe zależności ilustrują wykresy[2][3]:
- krzywa wykładnicza w układzie współrzędnych
- prosta o współczynniku kierunkowym w układzie
Na ich podstawie można obliczyć[2][3] np.:
- czas połowicznej przemiany (okres półtrwania) substratu:
- średni czas życia, równy odwrotności stałej szybkości reakcji:
Gdy z równania kinetycznego wynika zależność: (stężenie ).
Przykłady reakcji pierwszego rzędu
edytujCharakterystycznymi przykładami reakcji pierwszorzędowych są:
- reakcje jednocząsteczkowe, które nie są wynikiem zderzeń cząsteczek różnych reagentów, np. reakcje rozpadu promieniotwórczego lub termicznego
- „reakcje pseudojednocząsteczkowe” („kryptodwucząsteczkowe”), których szybkość zależy od prawdopodobieństwa zderzeń cząsteczek reagentów, ale stężenie jednego z nich jest na tyle duże, że jego zmiany wskutek przebiegu reakcji są zaniedbywalnie małe, np. reakcja estryfikacji w rozcieńczonych roztworach alkoholowych lub reakcje hydrolizy, takie jak inwersja sacharozy, w rozcieńczonych roztworach wodnych.
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑ J. Szarawara, J. Skrzypek: Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych, rozdziały IV.2.b i IV.3.b. Warszawa: WNT, 1980.
- ↑ a b c d e Stanisław Bursa: Chemia fizyczna. Wyd. 2 popr. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979, s. 599–602. ISBN 83-01-00152-6.
- ↑ a b c d e Antoni Basiński i wsp.: Chemia fizyczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1966, s. 565–566.