在化學中,四級反應(英文:fourth-order reaction)亦稱四次反應,是指反應級數為4的化學反應,或反應速率與所有反應物的總濃度四次方成正比。
四級或四級以上的反應極為罕見,除非該反應有四種或四種反應物。
BrO3- + Br- + 2H+ → 3Br2 + 3H2O即為一種四級反應。
性質
假設反應速率(rate)為R,反應物A的濃度為[A],速率常數為k,其速率方程如下:
:R=k[A]^4
由上式可知,二級反應的反應速率與反應物濃度的四次方成正比,即:
:-\frac{d[A]}{dt} = k[A]^4
現將上式移項,整理如下:
:\frac{d[A]}{[A]^4} = -kdt
兩邊同時積分,由0積至t,時間為0的時候,A的濃度寫成[A]0,得:
:\int_{[A_0]}^{[A]}\frac{d[A]}{[A]^4} = -k\int_{0}^{t}dt
:得(-\frac{1}{3[A]^3})-(-\frac{1}{3[A]_0^3}) = -kt
:移項後得:\frac{1}{3[A]^3} = \frac{1}{3[A]_0^3}+kt
:整理後得:\frac{1}{[A]^3} = \frac{1}{[A]_0^3}+3kt
得到的式子就是濃度與時間的關係。
由所得式又可推導半生期(半衰期):
:\frac{1}{(\frac{[A]_0}{2})^3} = \frac{1}{[A]_0^3}+3kt_\frac{1}{2}
可得半生期
:t_\frac{1}{2} = \frac{7}{3k[A]_0^3}
四級以上的反應
五級反應
在化學中,五級反應(fifth-order reaction),(亦稱為五次反應),是指反應級數為5的化學反應,或反應速率與所有反應物的總濃度五次方成正比。
由於五級反應的推導過程與四級相似,因此不列出。
濃度與時間的關係:
\frac{1}{[A]^4} = \frac{1}{[A]_0^4}+4kt
半生期t_\frac{1}{2} = \frac{15}{4k[A]_0^4}
例子
*14H3O+(aq)+2HCrO4-(aq)+6I-(aq)→ 2Cr3+(aq)+3I2(aq)+22H2O(l)
*:r=[HCrO4-][I-]2[H3O+]2,是一個五級反應
n級反應
表中,\ M 代表摩尔浓度 \ mol/L,\ t 代表时间,\ k 代表反应的速率常数。所说的“二级反应”和“\ n级反应”指的是纯级数反应,也就是反应速率只与一个反应物的二次方或\ n成正比。
參考文獻
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