Твердое топливо. Классификация основных видов твёрдого топлива. Первичная переработка нефти

реакциях третьего порядка происходит одновременное взаимодействие между тремя частицами. Реакций третьего порядка между молекулами известно очень мало. 

Порядок элементарной реакции устанавливается по виду математического уравнения, выражающего связь между наблюдаемой скоростью реакции и концентрацией реагентов. Так, для реакции первого порядка, имеющей вид 

А ’ продукты реакции,

скорость реакции можно выразить посредством дифференциального уравнения

dx

  k₁a  x                                     (6.3) dt

где а есть начальная концентрация реагента А;  х – количество А, подвергшееся превращению за время t. 

Скорость реакции в каждый момент времени пропорциональна первой степени концентрации реагента; k₁ — коэффициент пропорциональности. Это уравнение можно представить в двух эквивалентных друг другу интегральных формах:

                                                                              a                       ^k1t                         (6.4)

k₁t  ln и a  x  a e a  x

График изменения логарифма концентрации по времени представляет собой прямую линию, по наклону которой можно определить значение k₁.  

Реакции второго порядка вида 

2А ’ продукты реакции

соответствует уравнение, в котором скорость реакции в каждый момент времени пропорциональна квадрату концентрации реагента:

                                                                       dx                    ₂

  k₂a  x                                        (6.5) dt

или, после интегрирования,

x

k₂t                                           (6.6) aa  x

Такое же уравнение получается и в том случае, когда в реакции участвуют два различных вещества А и В с равными начальными концентрациями. В общем случае, когда начальные концентрации равны соответственно а и b, дифференциальное уравнение имеет вид:

dx

  k₂a  xb  x                                  (6.7) dt

или, после интегрирования

                                                                                    1      ba  x

                                                                k₂t            ln                                           (6.8)

                                                                          a  b ab  x

Соответствующие уравнения для реакций третьего порядка имеют вид: 

3А’ продукты реакции

                                                                           dx                   ₃

  k₃a  x                                      (6.9) dt

                                                                           1     1          1 

k₃t  2 a  x₂  a₂                                 (6.10)

2А+В’ продукты реакции

                                                                dx                      ₂

  k₃a  2x b  x                              (6.11) dt

                                                                   1   2x2b  a ba  2x

k³t  a  2b2  aa  2x  ab  x                  (6.12)

А+В+С’ продукты реакции

dx

  k₃a  xb  xc  x                     (6.13) dt

b  cln ^{a  x}  c  aln ^{b  x}  a  bln ^{c  x}

k₃t     (6.14)

a  bb  cc  a

Если в реакции второго или третьего порядка одно из реагирующих веществ содержится в большом избытке, то, очевидно, его концентрация будет оставаться почти неизменной, тогда как другие компоненты, участвующие в реакции, будут уже израсходованы. Следовательно, кажущийся порядок реакции будет на единицу ниже его действительного значения. Реакция второго порядка становится как бы реакцией первого порядка, реакция третьего порядка — как бы реакцией второго порядка.

6.3. Полупериод реакции 

Интервал времени, необходимый для того, чтобы концентрация одного из реагирующих веществ уменьшилась до половины начальной величины, удобно назвать полупериодом реакции t_0,5 . Согласно только что выведенным уравнениям, для реакций первого порядка полупериод реакции

1

t_0,5   ln2,                                     (6.15) k₁

и, следовательно, не зависит от начальной концентрации. 

Для реакций второго порядка (2А’ продукты реакции), соответствующее уравнение будет:

1

t_0,5   .                                        (6.16) k₂a

Для реакции третьего порядка (3А’ продукты реакции), для полупериода реакции имеем выражение:

3

                                                                                  t_0,5                                     ₂ .                                   (6.17)

2k₃a

Отсюда следует, что в общем случае для реакции n-го порядка,  nА’ продукты реакции:

1

t_0,5   _n1 ,                                    (6.18) a

т. е. вид зависимости полупериода реакции от начальной концентрации характеризует фактически порядок реакции. Для характеристики порядка реакции можно таким же образом использовать любую часть периода реакции, например t_0,2 и т.д.

6.4. Порядок одновременно протекающих реакций

Простейшим видом одновременно протекающих реакций является обратимая реакция вида:

A+BDC+D

Дифференциальное уравнение для скорости такой реакции при равных начальных концентрациях компонентов А и В будет иметь вид

                                                                    dx                                      a  x2 k₂x2,                            (6.19)

 k₂ dt

где k₂ и k₂ – константы скоростей реакций для прямого и обратного процессов второго порядка. 

После интегрирования этого уравнения получим:

                                                        ^k₂         x^e     ln ^x^{a 2xe}^{ axe} .                (6.20)

                                                                 2taa  x_e    ax_e  x

В этом уравнении через x_e обозначено то значение x, при котором система достигает равновесного состояния. Очевидно, что в этом конкретном случае полупериод реакции обратно пропорционален концентрации реагента. В этом смысле две идущие в противоположных направлениях реакции второго порядка протекают так же, как простая реакция второго порядка.

6.5. Температура и скорость химической реакции

Зависимость скорости химических реакций от температуры, применимая как к гомогенным реакциям, так и к реакциям, идущим под влиянием облучения, или па поверхностях, была получена эмпирически Аррениусом в 1889 г. Константа скорости реакции k изменяется с температурой согласно