Πώς να υπολογίσετε το αρχικό ποσοστό αντίδρασης

Η κινητική είναι ο κλάδος της φυσικής χημείας που μελετά το ρυθμό των χημικών αντιδράσεων. Αντιθέτως, η θερμοδυναμική μας λέει ποια κατεύθυνση της αντίδρασης προτιμάται, χωρίς να αποκαλύπτεται ο ρυθμός αντίδρασης. Ορισμένες αντιδράσεις μπορούν να ευνοηθούν θερμοδυναμικά αλλά κινητικά μη ευνοούμενες.

Για παράδειγμα, κατά τη μετατροπή του διαμαντιού σε γραφίτη, ο γραφίτης έχει χαμηλότερη ελεύθερη ενέργεια από το διαμάντι, επομένως η μετατροπή προτιμάται θερμοδυναμικά. Ωστόσο, υπάρχει ένα μεγάλο εμπόδιο ενεργοποίησης για το διαμάντι να σπάσει και να μεταρρυθμίσει όλους τους δεσμούς στο περισσότερο σταθερή διαμόρφωση γραφίτη, επομένως αυτή η αντίδραση δεν ευνοείται κινητικά και δεν θα συμβεί στην πραγματικότητα.

ο ρυθμός αντίδρασης είναι ένα μέτρο του πόσο γρήγορα σχηματίζονται τα προϊόντα και τα αντιδραστήρια καταναλώνονται, οπότε μπορείτε να το προσδιορίσετε μετρώντας την αλλαγή στη συγκέντρωση των προϊόντων ή των αντιδρώντων, για μια χρονική περίοδο. Εξετάστε μια γενική χημική αντίδραση:

aA + bB> cC + dD

Ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να γραφτεί ως:

•••Τροποποιήθηκε από 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

Για παράδειγμα, ο ρυθμός αντίδρασης για:

2 ΟΧΙ (g) + 2 Η₂ (ζ)> Ν₂(ζ) + 2 Η₂Ο (ζ)

δίνεται από

•••Προσαρμοσμένο από 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

Για να προσδιορίσετε το ρυθμό αυτής της αντίδρασης με πείραμα, μπορείτε να μετρήσετε τη συγκέντρωση του Η₂ σε διαφορετικούς χρόνους της αντίδρασης, και σχεδιάστε το ενάντια στον χρόνο ως εξής:

•••Τροποποιήθηκε από 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

•••Τροποποιήθηκε από 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

ο μέσος ρυθμός αντίδρασης είναι μια προσέγγιση του ρυθμού αντίδρασης σε ένα χρονικό διάστημα και μπορεί να δηλωθεί με:

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

ο στιγμιαίος ρυθμός αντίδρασης ορίζεται ως ο ρυθμός αντίδρασης κάποια στιγμή στο χρόνο. Είναι ένα διαφορικό ποσοστό και μπορεί να εκφραστεί με:

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

Όπου d [H₂] / dt είναι η κλίση για την καμπύλη συγκέντρωσης Η₂ έναντι του χρόνου στο χρόνο t.

ο αρχικός ρυθμός αντίδρασης είναι ο στιγμιαίος ρυθμός στην αρχή της αντίδρασης, όταν t = 0. Σε αυτήν την περίπτωση, το μονάδα για τον μέσο όρο, ο στιγμιαίος και αρχικός ρυθμός αντίδρασης είναι M / s.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των διαφόρων αντιδρώντων στο χρόνο t. Για παράδειγμα, σε υψηλότερη συγκέντρωση όλων των αντιδρώντων, τα αντιδραστήρια συγκρούονται συχνότερα και οδηγούν σε ταχύτερη αντίδραση. Η σχέση μεταξύ του ρυθμού αντίδρασης ν (t) και των συγκεντρώσεων ορίζεται ως το νόμος περί τιμών. Και ο νόμος για τη γενική χημική αντίδραση aA + bB> cC + dD είναι:

•••Τροποποιήθηκε από 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)

Όπου k είναι η σταθερά ρυθμού και η ισχύς x και y είναι η Σειρά της αντίδρασης σε σχέση με το αντιδραστήριο Α και Β. Ο νόμος της τιμής πρέπει να προσδιοριστεί πειραματικά και δεν μπορεί να συναχθεί μόνο από τη στοιχειομετρία μιας ισορροπημένης χημικής αντίδρασης.

Ο νόμος περί τιμών μπορεί να καθοριστεί από το μέθοδος των αρχικών τιμών. Σε αυτήν τη μέθοδο, το πείραμα εκτελείται πολλές φορές, αλλάζοντας μόνο τη συγκέντρωση ενός αντιδραστηρίου για κάθε εκτέλεση διατηρώντας παράλληλα τις άλλες μεταβλητές σταθερές. Ο ρυθμός της αντίδρασης μετράται για κάθε εκτέλεση για να προσδιοριστεί η σειρά κάθε αντιδραστηρίου στο νόμο της ταχύτητας.

Για παράδειγμα, εξετάστε τα ακόλουθα δεδομένα αρχικού ρυθμού για την αντίδραση:

2 ΟΧΙ (g) + 2 Η₂ (ζ)> Ν₂(ζ) + 2 Η₂Ο (ζ)

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

Για τις δοκιμές 1 και 3, η συγκέντρωση του ΝΟ διατηρείται σταθερή ενώ η συγκέντρωση του Η₂ διπλασιάζεται. Ως αποτέλεσμα, ο αρχικός ρυθμός αντίδρασης διπλασιάστηκε επίσης (σκεφτείτε το ως 2¹), ώστε να καταλήξετε στο συμπέρασμα y = 1. Για τις δοκιμές 1 και 2, η συγκέντρωση του ΝΟ διπλασιάζεται ενώ η συγκέντρωση του Η₂ παραμένει σταθερό. Το αποτέλεσμα αυτής της αλλαγής είναι ότι το αρχικό ποσοστό τετραπλασιάστηκε (θεωρήστε το ως 2²). Μπορείτε επομένως να καταλήξετε στο συμπέρασμα x = 2.

Ο νόμος περί ποσοστού για αυτήν την αντίδραση είναι επομένως:

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

Και η αντίδραση είναι πρώτη σειρά στο Η₂ και δεύτερη παραγγελία στο ΟΧΙ.