Teoria stanu stacjonarnego (chemia)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Teoria stanu stacjonarnego (przybliżenie stanu stacjonarnego, przybliżenie Bodensteina) – założenie upraszczające rozwiązywanie niektórych równań kinetycznych reakcji chemicznych. Teoria ta zakłada, że stężenie produktów pośrednich w reakcjach następczych jest stałe i jednocześnie pomijalnie małe w porównaniu do stężeń substratów i produktów.

Np: w przypadku reakcji, której mechanizm jest następujący:

\mathrm{S \rightleftarrows PP \rightarrow P}

przy czym szybkości poszczególnych reakcji elementarnych opisują stałe szybkości reakcji k1, k2 i k3:

\mathrm{S \xrightarrow{k_1} PP \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, S \xleftarrow{k_2} PP \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, PP \xrightarrow{k_3} P}
S – substrat; PP – produkt pośredni; P – produkt końcowy

Zakładając, że stężenie produktu pośredniego ustala się szybko na bardzo niskim poziomie, można zapisać kinetyczny warunek takiej sytuacji (zmiana stężenie produktu pośredniego w czasie jest równa 0):

 \frac{d\operatorname{[PP]}}{dt} =  k_1 \operatorname{[S]} - k_2 \operatorname{[PP]} - k_3 \operatorname{[PP]} = 0

stąd:

 \operatorname{[PP]} = \frac{k_1 \operatorname{[S]}}{k_2 + k_3}

Podstawiając powyższe wyrażenie do równania opisującego szybkość reakcji:

 v = k_3 \operatorname{[PP]}

otrzymuje się wzór:

 v = \frac{k_1 k_3 \operatorname{[S]}}{k_2 + k_3}

w którym występuje tylko stężenie substratu, a nie występuje trudne (lub niemożliwe) do praktycznego zmierzenia stężenie produktu przejściowego.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Richard A. Y. Jones: Fizyczna chemia organiczna. Mechanizmy reakcji organicznych. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1988, s. 27-30. ISBN 83-01-07723-9.
  • Teoria stanu stacjonarnego. W: Louis P. Hammett: Fizyczna chemia organiczna. Szybkości, równowagi i mechanizmy reakcji. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1976, s. 101-142.
  • Steady state (stationary state) (ang.) [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology („Gold Book”). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: Steady state (stationary state) (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. doi:10.1351/goldbook.S05962