Сложные реакции

Реакции называются сложными, если расходование исходных веществ и образование продуктов реакции происходят в несколько элементарных стадий, протекающих одновременно или последовательно. При этом некоторые стадии проходят с участием веществ, не являющихся ни исходными веществами, ни продуктами реакции (промежуточные вещества) [1]. Классическими видами сложных реакций являются обратимые реакции, параллельные реакции и последовательные реакции. Обратимые реакции- реакции, протекающие в двух направлениях: в прямом и обратном [8].

В общем виде ее уравнение можно представить в следующем виде:

Скорость двусторонней реакции равна разности скоростей прямой и обратной элементарных реакций:

Для двусторонней стадии, состоящей из двух элементарных реакций, протекающих в прямом и обратном направлениях, константа равновесия равна отношению их констант скоростей:

Параллельные реакции- реакции, в системе которых одновременно протекает несколько реакций, в которых участвует один и тот же реагент, давая различные продукты [8].

Согласно основному постулату химической кинетики, скорость реакции равна:

или

Для определения констант скорости и рассмотрим кинетические уравнения

и

Разделив первое уравнение на второе, после интегрирования получим:

Для трех реакций первого порядка, протекающих параллельно, выражение для констант скорости реакции будет иметь вид [1]:

Последовательные реакции- реакции, протекающие таким образом, что продукт одной стадии является реагентом для другой [8].

Для этой реакции кинетические уравнения запишутся в виде [1]:

; ;

Одной из типичных задач феноменологической кинетики является установление кинетического уравнения сложной реакции на основе ее механизма. При решении этой задачи используют основной постулат химической кинетики, принцип независимости и принцип стационарных концентраций. химический реакция кинетический двухкомпонентный

Пусть реакция типа

идет по сложному механизму с образованием двух промежуточных веществ и :

1),

2),

3), (1.2)

4).

Запишем уравнения для скоростей элементарных стадий:

, (1.3)

,

,

.

Используя эти соотношения, запишем теперь уравнения для суммарных скоростей изменения концентраций исходных веществ, промежуточных веществ и продуктов реакции:

,

,

, (1.4)

,

.

Получили систему пяти нелинейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. В качестве начальных условий взяты уравнения материального баланса:

,(1.5)

.

Эта система не интегрируется в квадратурах. Ее решение можно проводить с помощью численных методов (в том числе с использованием ЭВМ) или применять какие-либо приближенные методы (чаще всего это принцип стационарных концентраций).