WPROWADZENIE DO KINETYKI – CIŚNIENIE A KINETYKA Ze

DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 1: KINETYKA REAKCJI CHEMICZNEJ
Skrzeczkowski Kuba
WPROWADZENIE DO KINETYKI – CIŚNIENIE A KINETYKA
Ze względu na to, że o kinetyce pierwszego rzędu decyduje stosunek stężenie substratu do
jego stężenia początkowego, może on być wyrażany przez stosunek jakichkolwiek innych
wartości, które są proporcjonalne do stężeń.
Łatwo pokazać, że ciśnienie spełnia ten warunek. Z równania Clapeyrona wiadomo, że:
p * V = n * R * T (tzw. „pivo na raty” – żeby zapamiętać)
Ponieważ stężenie molowe to c = n/v (liczba moli substancji przez objętość) otrzymujemy
równanie: p = c * R * T. Wykażmy teraz że stosunek ciśnień (obecnego p oraz początkowego
po) jest równy stosunkowi stężeń (obecnego c oraz początkowego co).
Podobnie jest np. z przewodnością roztworów i innymi wielkościami fizycznymi (o czym
w dalszych odcinkach). To teraz zadanka:
Zadanie 3 (Etap Wstępny – 53 OCh)
W temperaturze 600 K diazometan CH3N2CH3 rozpada się na etan oraz azot. Zmierzono
ciśnienia diazometanu w zależności od czasu. Na podstawie tych wyników wykaż, że reakcja
jest pierwszego rzędu, wyznacz jej stałą szybkości oraz czas połowicznej przemiany.
Zadanie 3 (Etap Wstępny – 46 OCh)
Badano rozkład gazowego N2O5 w temperaturze 55°C w zamkniętym naczyniu. Stała
szybkości tej reakcji wynosi 0,00142 s-1. Początkowe ciśnienie cząstkowe N2O5 wynosiło p =
2,88*105 Pa. (a) Zapisz równanie reakcji. (b) Określ rząd reakcji. (c) Oblicz czas połowicznego
rozpadu. (d) Po jakim czasie ciśnienie cząstkowe N2O5 zmaleje do wartości 3,6*104 Pa?
Bardzo ciężko jest jednak zmierzyć ciśnienie jednej substancji w mieszaninie substancji
gazowych. O wiele prościej jest dokonać pomiaru ciśnienia całkowitego, które jest sumą
ciśnień poszczególnych składników. Mamy więc problem (masz jakiś problem?!) :
PROBLEM: Dane jest ciśnienie całkowite mieszaniny w dowolnym czasie. Jak wyznaczyć
ciśnienie cząstkowe substratu, żeby badać kinetykę?
DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 1: KINETYKA REAKCJI CHEMICZNEJ
Skrzeczkowski Kuba
Problem ten rozwiążemy na przykładach opisanych powyżej. Weźmy najpierw diazometan.
Wiemy, że diazometan rozkłada się zgodnie z równaniem reakcji:
CH3N2CH3  N2 + CH3CH3
Na samym początku mamy po diazometanu i nic więcej. Potem załóżmy że powstaje x azotu.
Tyle samo będzie musiało też powstać etanu (wynika to ze stechiometrii równania reakcji:
gdy powstaje jeden azot musi też powstać jeden etan). Jednocześnie jeżeli powstaje x azotu
to tyle stracimy diazometanu (bo 1 azot powstaje z jednego diazometanu). A zatem w
dowolnym czasie t ciśnienia cząstkowe poszczególnych reagentów wynoszą:
pdiazometan = po – x
pazot = petan = x
Ciśnienie całkowite jest sumą ciśnień cząstkowych wszystkich substancji występujących w
układzie, czyli: pcałk = pdiazometan + pazot + p etan = po – x + x + x = po + x, czyli pcałk = po + x.
Stąd: x = pcałk - po. Teraz możemy podstawić x do wzoru na ciśnienie diazometanu:
pdiazometan = po – x = po – (pcałk – po) = 2po - pcałk. Czyli ostatecznie: pdiazometan = 2po - pcałk.
Czyli jeżeli znamy ciśnienie początkowe oraz ciśnienie całkowite mieszaniny w jakimś
czasie to jesteśmy w stanie wyznaczyć ciśnienie cząstkowe substratu. Kroki jakie
wykonaliśmy w tym celu to:



Uzależniliśmy wszystkie ciśnienia cząstkowe od zmiany x
Uzależniliśmy ciśnienie całkowite od x (ciśnienie całkowite – suma wszystkich ciśnień)
Podstawiliśmy x do wzoru na ciśnienie substratu.
To teraz czas na zadanko  :
Zadanie 6B (Etap Wstępny – 52 Olimpiada)
Badano kinetykę rozkładu tlenku azotu (V) metodą pomiaru ciśnienia całkowitego
otrzymując rezultaty przedstawione poniżej. Napisz równanie reakcji, przeprowadź
odpowiednie wyznaczenia jak poniżej, wyznacz cząstkowe ciśnienie substratu dla każdego z
czasów, udowodnij że jest to reakcja pierwszego rzędu oraz podaj wartość stałej szybkości
jak i czasu połowicznego rozpadu.