Sådan beregnes den indledende reaktionshastighed

Kinetik er den gren af ​​fysisk kemi, der studerer hastigheden af ​​kemiske reaktioner. I modsætning hertil fortæller termodynamik os, hvilken reaktionsretning der foretrækkes uden at afsløre dens reaktionshastighed. Nogle reaktioner kan være termodynamisk favoriserede, men kinetisk ugunstige.

For eksempel, ved omdannelsen af ​​diamant til grafit, har grafit en lavere fri energi end diamant, så omdannelsen foretrækkes termodynamisk. Der er dog en stor aktiveringsbarriere for diamant til at bryde og reformere alle obligationer til mere stabil grafitkonfiguration, således er denne reaktion kinetisk ugunstig og vil faktisk ikke forekomme.

Det reaktionshastighed er et mål for, hvor hurtigt produkterne dannes, og reaktanterne forbruges, så du kan bestemme det ved at måle ændringen i koncentrationen af ​​produkter eller reaktanter over en periode. Overvej en generel kemisk reaktion:

aA + bB> cC + dD

Reaktionshastigheden kan skrives som:

•••Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

For eksempel reaktionshastigheden for:

2 NO (g) + 2 H₂ (g)> N₂(g) + 2 H₂O (g)

er givet af

•••Tilpasset fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

For at bestemme hastigheden af ​​denne reaktion ved eksperiment kan du måle koncentrationen af ​​H₂ på forskellige tidspunkter af reaktionen og plotte den mod tiden som følger:

•••Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

•••Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

Det gennemsnitlig reaktionshastighed er en tilnærmelse af reaktionshastigheden i et tidsinterval og kan betegnes med:

•••Ændret fra https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

Det øjeblikkelig reaktionshastighed er defineret som reaktionshastigheden et eller andet tidspunkt i tiden. Det er en differentieret sats og kan udtrykkes ved:

•••Ændret fra https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

Hvor d [H₂] / dt er hældningen for koncentrationskurven for H₂ versus tid på tidspunkt t.

Det indledende reaktionshastighed er den øjeblikkelige hastighed ved reaktionens start, når t = 0. I dette tilfælde er enhed for gennemsnitlig, øjeblikkelig og initial reaktionshastighed er M / s.

I de fleste tilfælde er reaktionshastigheden afhængig af koncentrationen af ​​de forskellige reaktanter på tidspunktet t. For eksempel kolliderer reaktanter hyppigere i en højere koncentration af alle reaktanter og resulterer i en hurtigere reaktion. Forholdet mellem reaktionshastighed ν (t) og koncentrationerne er defineret som sats lov. Og hastighedsloven for den generelle kemiske reaktion aA + bB> cC + dD er:

•••Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Laboratory_Experiments/Wet_Lab_Experiments/General_Chemistry_Labs/Online_Chemistry_Lab_Manual/Chem_12_Experiments/01%3A_Chemical_Kinetics_-_The_Method_of_Initial_Rates_(Experiment)

Hvor k er hastighedskonstanten, og effekten x og y er den bestille af reaktionen med hensyn til reaktant A og B. Hastighedsloven skal bestemmes eksperimentelt og kan ikke udledes af støkiometri af en afbalanceret kemisk reaktion.

Satsloven kan bestemmes af metode til indledende satser. I denne metode udføres eksperimentet flere gange, kun ved at ændre koncentrationen af ​​en reaktant for hver kørsel, mens andre variabler holdes konstant. Reaktionshastigheden måles for hver kørsel for at bestemme rækkefølgen af ​​hver reaktant i hastighedsloven.

Overvej f.eks. Følgende startdata for reaktionen:

2 NO (g) + 2 H₂ (g)> N₂(g) + 2 H₂O (g)

•••Tilpasset fra https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

I forsøg 1 og 3 holdes koncentrationen af ​​NO konstant, mens koncentrationen af ​​H.₂ er fordoblet. Som et resultat fordobledes den indledende reaktionshastighed også (tænk på det som 2¹), så du kan konkludere y = 1. I forsøg 1 og 2 fordobles koncentrationen af ​​NO, mens koncentrationen af ​​H.₂ forbliver konstant. Resultatet af denne ændring er, at den oprindelige rente firdobles (tænk på den som 2²). Du kan derfor konkludere x = 2.

Satsloven for denne reaktion er derfor:

•••Tilpasset fra https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

Og reaktionen er første ordre i H₂ og anden ordre i NO.