Uma introdução às reações de ordem n-ésima e de autocatálise

5. Como distinguir entre reações de ordem n-ésima e de autocatálise a partir de curvas de análise térmica

A distinção entre reações de ordem n-ésima e de autocatálise pode ser vista claramente com medições isotérmicas. Com temperatura fixa, k(T) será constante, de modo que a equação cinética pode ser simplificada para:

ou seja, a taxa de reação dα/dt será diretamente proporcional a fα. Com base na discussão anterior, sabemos que:

• para uma reação de ordem n-ésima, f(α) diminui monotonamente com α
• para uma reação de autocatálise, os máximos de f(α) aparecerão no estágio intermediário da reação.

Para a medição isotérmica, obtemos a alteração em dα/dt (para DSC, DTG) ao longo do tempo t; aqui devemos primeiro integrar a equação para obter α(t) e, em seguida, derivar para obter dα/dt ao longo de t.

Do ponto de vista químico, sob condições isotérmicas , para uma reação de ordem n-ésima, a taxa de reação é proporcional à concentração do reagente. No início, a concentração do reagente é a mais alta e a taxa de reação também é a mais alta. Depois, com o consumo do reagente ao longo do tempo, a taxa de reação diminuirá gradualmente.

Quanto às reações de autocatálise, no início, a quantidade de B é bastante baixa e o efeito de catálise não é tão evidente. Portanto, nesse momento, a taxa de reação é bastante lenta. Com a taxa de reação lenta, o acúmulo do produto B também é lento, o que causa um longo "período de indução" com uma taxa lenta no início da reação.

Quando a quantidade de B se acumula até um determinado nível, o efeito de impulso da reação se torna evidente. À medida que a reação se acelera, uma grande quantidade de produto B é produzida, o que acelera ainda mais a reação. Portanto, no estágio intermediário , a reação se acelera muito rapidamente. No estágio final, com o consumo drástico do reagente A, a taxa de reação diminuirá novamente, até que a reação termine.

Uma comparação típica de DSC dos dois Tipos de reaçãoO tipo de reação é o mecanismo elementar de uma etapa de reação individual em uma reação química de várias etapas. O tipo de reação f(Cr, Cp) descreve a dependência da taxa de reação de uma etapa individual da reação em relação às concentrações do reagente Cr e do produto Cp para essa etapa.tipos de reação em condições isotérmicas é mostrada na Figura 5:

Esse resultado de comparação pode ser confirmado matematicamente deduzindo-se da equação Eq.8 a dα/dt sobre t e desenhando o gráfico.

Para um teste de aquecimento dinâmico, a equação cinética completa será:

Durante o aquecimento, além de f(α), a influência da mudança contínua de temperatura também existe, e a reação também se acelerará. Portanto, mesmo para uma reação de ordem n-ésima, a taxa máxima não aparece mais no ponto inicial.