Introduction aux réactions d'ordre n et à l'autocatalyse

5. Comment distinguer les réactions d'ordre n et d'autocatalyse à partir des courbes d'analyse thermique ?

La distinction entre les réactions d'ordre n et les réactions d'auto-catalyse peut être clairement observée avec des mesures isothermes. À température fixe, k(T) sera constant, de sorte que l'équation cinétique peut être simplifiée comme suit :

c'est-à-dire que la vitesse de réaction dα/dt sera directement proportionnelle à fα. D'après la discussion précédente, nous savons que

• pour une réaction d'ordre n, f(α) diminue avec α de façon monotone
• pour une réaction d'autocatalyse, les maxima de f(α) apparaissent au milieu de la réaction.

Pour une mesure isotherme, nous obtenons le changement de dα/dt (pour DSC, DTG) au cours du temps t ; ici, nous devons d'abord intégrer l'équation pour obtenir α(t), puis dériver pour obtenir dα/dt au cours du temps t.

D'un point de vue chimique, dans des conditions isothermes , pour une réaction d'ordre n, la vitesse de réaction est proportionnelle à la concentration du réactif. Au début, la concentration du réactif est la plus élevée et la vitesse de réaction est également la plus élevée. Ensuite, avec la consommation du réactif au fil du temps, la vitesse de réaction ralentit progressivement.

En ce qui concerne les réactions d'autocatalyse, au début, la quantité de B est assez faible et l'effet de catalyse n'est pas aussi évident. Par conséquent, à ce moment-là, la vitesse de réaction est assez lente. Avec la vitesse de réaction lente, l'accumulation du produit B est également lente, ce qui entraîne une longue "période d'induction" avec une vitesse lente au début de la réaction.

Lorsque la quantité de B s'accumule jusqu'à un certain niveau, l'effet de stimulation de la réaction devient évident. Lorsque la réaction s'accélère, une grande quantité de produit B est produite, ce qui accélère encore la réaction. Par conséquent, dans la phase intermédiaire , la réaction s'accélère très rapidement. Dans la phase finale, avec la consommation spectaculaire du réactif A, la vitesse de réaction ralentit à nouveau, jusqu'à ce que la réaction s'achève.

Une comparaison DSC typique des deux Types de réactionLe type de réaction est le mécanisme élémentaire d'une étape de réaction individuelle dans une réaction chimique à plusieurs étapes. Le type de réaction f(Cr, Cp) décrit la dépendance de la vitesse de réaction pour une étape individuelle de la réaction par rapport aux concentrations du réactif Cr et du produit Cp pour cette étape.types de réaction dans des conditions isothermes est présentée dans la figure 5 :

Ce résultat de comparaison peut être confirmé mathématiquement en déduisant de l'équation Eq.8 à dα/dt sur t et en traçant le graphique.

Pour un essai de chauffage dynamique, l'équation cinétique complète sera :

Pendant le chauffage, outre f(α), l'influence du changement continu de température existe également, et la réaction s'accélère également. Ainsi, même pour une réaction d'ordre n, la vitesse maximale n'apparaît plus au point de départ.