Sådan beregnes reaktionshastighed

En reaktion opstår, når partikler kolliderer. I denne kollision overfører partiklerne nok energi til at bryde gamle bindinger og skabe nye. Men hvordan kan du definere den hastighed, hvormed en reaktion opstår?

Se på en simpel reaktion som den nedenfor:

I denne reaktion omdannes en eller anden reaktant A til noget produkt B. Reaktionshastigheden kan repræsenteres ved et fald i koncentrationen på A over tid eller som stigningen i B over tid. Dette er skrevet:

Da A falder over tid, er der et negativt tegn foran denne sats. Satserne udtrykt her er gennemsnit satser, fordi de er gennemsnitlige over en vis tid.

Reaktionshastigheden eller den hastighed, som reaktionen sker ved, skrives som ændringen i koncentration af en reaktant eller et produkt pr. Tidsændring som vist ovenfor.

For at beregne dette eksperimentelt skal du enten overvåge koncentrationen af ​​reaktanten eller produktet som en funktion af tiden. Når du har målt på forskellige tidspunkter, kan du derefter plotte disse værdier og finde reaktionens øjeblikkelige hastighed eller linjens hældning.

Lad som om du ser på reaktionen mellem A og B, som danner C og D. Naturligvis afhænger dannelsen af ​​produkt af både A og B. Men ved at tilføje et overskud af en, siger B, kan du sikre, at koncentration af B forbliver i det væsentlige konstant. På denne måde vil ændringen i mængden af ​​B ikke påvirke den målte reaktionshastighed.

Derefter kan du plotte hastigheden ved forskellige koncentrationer af A. Dette giver dig mulighed for at se, om hastigheden er proportional med koncentrationen af ​​reaktanter.

Sig det når du planlægger sats vs. koncentration af A giver den en lige linje. Dette betyder, at hastigheden er direkte proportional med koncentrationen af ​​A. Som et resultat, jo højere koncentration af A, jo højere er hastigheden.

Dette kan repræsenteres som sådan:

Variablen k er kendt som hastighedskonstanten. Det er en konstant proportionalitet mellem reaktionshastigheden og koncentrationerne af reaktanter. Variablen k er ikke påvirket af koncentrationen af ​​reaktanterne. Det er et forhold mellem hastigheden og reaktantkoncentrationen. Denne værdi k påvirkes kun af temperaturen.

Da koncentration måles i molaritet, måles koncentrationsændringen i M, mens tiden måles i sekunder. Dette betyder, at enhederne for k normalt er 1 / s eller s^-1.

Til støkiometri er enkle reaktioner som mol-mol-forholdet mellem komponenter ens. For eksempel, når A bliver til B, går en mol A tabt for hver mol B, der fremstilles.

Ikke alle reaktioner er så enkle.

Overvej følgende reaktion:

Hver gang B fremstilles, anvendes 3 mol A. Dette kan udtrykkes som sådan:

Generelt til reaktionen:

Satsen gives som følger:

Det sats lov udtrykker forholdet mellem hastigheden af ​​en reaktion og hastighedskonstanten og koncentrationerne af reaktanter hævet til en vis styrke.

For en generel reaktion:

Satsloven er skrevet som:

A og B er reaktionerne. k er hastighedskonstanten. x og y er tal der skal bestemmes eksperimentelt. Når x og y er kendt, kan input af en hvilken som helst reaktantkoncentration bruges til at finde reaktionshastigheden.

x og y er vigtige, fordi det giver et forhold mellem koncentrationerne af reaktanterne A og B og reaktionshastigheden. De giver også reaktionsrækkefølge når de lægges sammen. Reaktionsordren er summen af ​​den effekt, hvortil reaktantkoncentrationer i hastighedsloven hæves.

Som diskuteret ovenfor er hastighedsloven et matematisk forhold, der viser dig, hvordan ændring af reaktantkoncentration påvirker reaktionshastigheden. Så hvordan kan du finde takstloven?

Se på følgende reaktion mellem brint og salpetersyre:

For at finde ordren skal du kende eksponenterne for den satslov, der ville blive skrevet:

Dette kræver brug af data, der indikerer reaktantkoncentration og starthastighed.

Overvej følgende data:

For at finde rækkefølgen med hensyn til hver reaktant skal du begynde med at finde de eksperimenter, hvor den anden reaktant holdes konstant. For eksempel at undersøge rækkefølgen med hensyn til NO vil se på eksperiment 1 og 2 være nyttigt, da koncentrationen af ​​NO fordobles, men koncentrationen af ​​H₂ holdes konstant.

Eksperiment 1 og 2 viser, at hastigheden fordobles ved fordobling af koncentrationen af ​​NO. Skriv takstloven for begge disse eksperimenter som nedenfor:

og

Forholdet mellem de to højre sider af ligningen er 4, så efter at have delt den første ligning med den anden, får du:

Så y = 2.

Dernæst kan du finde ordren med hensyn til H₂. Eksperiment 2 og 3 indikerer, at fordobling af H₂ koncentration fordobler hastigheden. Dette betyder, at reaktionen er første orden i H₂.

Således er satsloven:

At tilføje eksponenterne 1 og 2 sammen giver 3 betydning, at reaktionen er tredje orden.

Nogle vigtige punkter omkring takstloven:

1. Rå love kan ikke findes fra den kemiske ligning. De skal altid findes eksperimentelt. Fra koncentrationerne af reaktanter og den oprindelige reaktionshastighed kan du finde reaktionsrækkefølgen som vist ovenfor og også finde hastighedskonstanten.
2. For en lov om nulordersats er satsen lig med satskonstanten.
3. Reaktionsrækkefølgen defineres altid af reaktantkoncentrationen.
4. Rækkefølgen af ​​en reaktant vedrører ikke den støkiometriske koefficient i den afbalancerede kemiske ligning.

Rækkefølgen af ​​en reaktion fortæller dig, hvordan hastigheden ændres med koncentrationen af ​​reaktanten.

Førsteordens reaktioner er reaktioner, hvis hastighed afhænger af reaktantkoncentrationen hævet til den første effekt. Dette betyder, at når koncentrationen af ​​en reaktant fordobles, så er hastigheden.

Mange nedbrydningsreaktioner er første orden. Et eksempel er nedbrydningen af ​​N₂O₅:

Anden ordens reaktioner er reaktioner, hvis hastighed afhænger af koncentrationen af ​​en reaktant til den anden effekt eller af koncentrationerne af to reaktanter hver til den første effekt.

Et eksempel på en anden ordens reaktion er kombinationen af ​​iod til dannelse af molekylært iod i gasfasen: