Нужно, однако, сказать, что при высокой химической активности
промежуточного вещества В (по сравнению с исходным веществом А) и,
следовательно, к
2
к
г
реакции с последовательными стадиями, как пра-
вило, протекают так, что максимум скорости реакции достигается на пер-
вых ее стадиях, т. е. практически в начальный момент времени t = 0.
Поэтому кинетика накопления продукта реакции с последовательными
стадиями в таких случаях отвечает монотонному уменьшению скорости
реакции от максимального значения (при £^0), т. е. отсутствию за-
метного перегиба на кривой z = z (t).
Метод квазистационарных концентраций
Второе слагаемое в выражении для скорости изменения концентрации
промежуточного вещества
dy
чг =
kix
-
равное нулю в начале реакции и увеличивающееся со временем (так как
dyldt 0), в некоторый момент времени становится равным первому сла-
гаемому (уменьшающемуся по мере расходования исходного вещества А).
В этот момент времени (т) будем иметь dyldt = 0. Начиная с этого момента
при достаточно большом к
2
величина dyldt автоматически поддерживается
вблизи нуля. Поэтому можно считать, что при t т приближенно выпол-
няется равенство dyldt
==
0, вследствие чего одно из двух независимых диф-
ференциальных уравнений реакции (3.2) (третье уравнение, ввиду dxldt +
+ dyldt + dzldt = 0, не является независимым), а именно уравнение-
dyldt = к
х
х — к
2
у, мы можем заменить алгебраическим уравнением
к
х
х — к
2
у = 0, что приводит к существенному упрощению математической
задачи вычисления концентраций х, у и z. В рассматриваемом нами слу-
чае приближенные значения концентраций запишутся в виде:
х
—
ехр (— k\t)
y
у = (ki/k*) ехр (— kit), z = 1 — ехр (— kit). (3.5>
Сравнивая уравнения (3.5) и (3.3), легко видеть, что приближенные зна-
чения концентраций тем ближе к их точным значениям (3.3), чем больше
константа к
2
превышает к
г
. При k
2
^>k
t
те и другие совпадают.
Примененный здесь прием, широко используемый в химической кине-
тике, известен под названием метода квазистационарных концентраций.
Этот метод как метод приближенного решения кинетических уравнений
впервые был четко сформулирован Боденштейном [514], хотя в неявном
виде использовался и в более ранних работах других авторов. В дальней-
шем метод квазистационарных концентраций был обобщен Семеновым
[308] и распространен на случай, когда концентрации не всех (обычна
всех, кроме одного) активных центров являются стационарными. Обоб-
щенный метод Семенова иногда называют методом частичных стационарных
концентраций. Метод квазистационарных концентраций оказался осо-
бенно плодотворным при исследовании цепных реакций (см. главу XI).
Отметим также, что часто для реакций, идущих при участии несколь-
ких активных промежуточных веществ, принимаются обладающими ста-
ционарными концентрациями те активные частицы, концентрации кото-
рых малы по сравнению с концентрациями других активных частиц. Этот
вопрос на примере реакции брома с водородом был проанализирован в
работах [1487]. Авторы этих работ показывают, что неправильное в общем
случае заключение о связи стационарности с малостью концентраций в дан-
ной реакции практически всегда выполняется.
Детальное рассмотрение условий применимости метода стационарных
концентраций предпринималось рядом авторов для реакций различных