Параллельные химические реакции: их свойства, кинетика, характеристика

Параллельные реакции – две и более реакции, в которых одинаковые исходные вещества. Существует несколько типов данных реакций:

1. взаимодействия, протекающие по нескольким каналам одного превращения;
2. взаимодействия, при которых из одного исходного вещества образуется несколько продуктов реакции;
3. взаимодействия, протекающие параллельно из различных исходных веществ.

На практике одновременно может идти несколько параллельных химических реакций.

Реакции, протекающие по нескольким каналам

Данный тип реакции изображают в виде схемы.

Каждое событие протекает независимо от других, поэтому уравнение выглядит следующим образом:

-dC_A/dt=(k₁+k₂+k₃)C_A,

если t=0, С_А(0)=а и С_х(0)=0, то

С_А=а*ехр{-(k₁+k₂+k₃)*t}

Cx=a*[1-exp{-(k₁+k₂+k₃)*t}]

Превращение проходит в основном по каналу с большей константой скорости.

Реакции, протекающие с образованием нескольких продуктов

В данной реакции условий материального баланса СА+СХ=const нет, но соблюдаются следующие условия:

C_A + \displaystyle\sum_ { i = 1} ^ 3 C_ { x_ i} = const.

Если предположить, что t=0, С_А(0)=а и С_х(0)=0, то

С_А=а*ехр{-(k₁+k₂+k₃)*t}

Для каждого из веществ Хi в любой момент времени составляет 

Реакции, протекающие из различных исходных веществ с образованием различных продуктов

Схематично реакции можно изобразить следующим образом:

Для кинетического описания данных взаимодействий необходимо решить систему двух линейно независимых уравнений:

-dC_A/dt=k₁*C_A+k₂*C_A*C_B

-dC_B/dt=k₂*C_A*C_B

Также в рамках этого уравнения существует два уравнения, не являющихся линейно независимыми.

dC_x1/dt=k₁*C_A

dC_x2/dt=k₂*C_A*C_B

Дифференциальные уравнения для С_А и С_В интегрируются в квадратурах, поэтому образуются большие цифры. Но если С_В(0)>>C_A(0), то С_В(t)=const, т.е. С_В(t)= С_В(0)=b. Тогда кинетика реакций типа «В» будет описываться теми же уравнениями, что и для реакций типа «В» с эффективной константой скорости для второго канала k_2эф=k₂*b, т. е.

С_х1=(k₁/(k₁+k₂*b))*a*[1-exp {-(k₁+k₂b)*t }]

Сх1=((k₂*b)/(k₁+k₂*b))*a*[1-exp {-(k₁+k₂b)*t }]

Общая скорость параллельных реакций определяется скоростью самой быстрой из них. Примерами параллельной реакции служат взаимодействие толуола с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, разложение бертолетовой соли и гидроксоламина и т. д.