Kako izračunati stopu reakcije

Reakcija nastaje kada se čestice sudare. U tom sudaru čestice prenose dovoljno energije da razbiju stare veze i stvaraju nove. Ali kako možete definirati brzinu reakcije?

Pogledajte jednostavnu reakciju poput one u nastavku:

U ovoj se reakciji neki reaktant A pretvara u neki proizvod B. Brzina reakcije može se predstaviti smanjenjem koncentracije A tijekom vremena ili kao porast B tijekom vremena. Ovo je napisano:

Budući da se A vremenom smanjuje, ispred te stope nalazi se negativni predznak. Ovdje izražene stope su prosječno stope jer su prosječne tijekom određenog vremena.

Brzina reakcije ili brzina kojom se reakcija događa zapisuje se kao promjena koncentracije reaktanta ili produkta po promjeni u vremenu, kao što je gore prikazano.

Da biste to eksperimentalno izračunali, morate pratiti ili koncentraciju reaktanta ili proizvoda u ovisnosti o vremenu. Nakon što izvršite mjerenja u različito vrijeme, tada možete zacrtati te vrijednosti i pronaći trenutnu brzinu reakcije ili nagib crte.

Pretvarajte se da gledate reakciju između A i B, koja tvori C i D. Očito, stvaranje proizvoda ovisi i o A i o B. Ali, dodavanjem viška jednog, recimo B, možete osigurati da koncentracija od B ostaje u biti konstantan. Na taj način promjena količine B neće utjecati na izmjerenu brzinu reakcije.

Zatim možete ucrtati brzinu pri različitim koncentracijama A. To će vam omogućiti da vidite je li proporcija proporcionalna koncentraciji reaktanata.

Recite to kad planirate stopa u odnosu na koncentracija od A daje ravnu crtu. To znači da je stopa izravno proporcionalna koncentraciji A. Kao rezultat toga, što je veća koncentracija A, to je veća stopa.

To se može predstaviti kao takvo:

Varijabla k je poznata kao konstanta brzine. To je konstanta proporcionalnosti između brzine reakcije i koncentracija reaktanata. Varijabla k je ne pod utjecajem koncentracije reaktanata. To je omjer brzine i koncentracije reaktanta. Na ovu vrijednost k utječe samo temperatura.

Budući da se koncentracija mjeri u molarnosti, promjena koncentracije mjeri se u M, dok se vrijeme mjeri u sekundama. To znači da su jedinice za k obično 1 / s ili s^-1.

Za stehiometriju su jednostavne reakcije poput omjera mol i mol između komponenata jednake. Na primjer, kada se A pretvori u B, jedan mol A se gubi za svaki proizvedeni mol B.

Nisu sve reakcije tako jednostavne.

Razmotrite sljedeću reakciju:

Svaki put kada se napravi B, koriste se 3 mola A. To se može izraziti kao takvo:

Općenito, za reakciju:

Stopa je dana kako slijedi:

The zakon o stopi izražava odnos brzine reakcije prema konstanti brzine i koncentracijama reaktanata povišenim do neke snage.

Za opću reakciju:

Zakon o stopi zapisan je kao:

A i B su reakcije. k je konstanta brzine. x i y su brojevi koji mora se odrediti eksperimentalno. Jednom kada su x i y poznati, ulaz bilo koje koncentracije reaktanta može se koristiti za pronalaženje brzine reakcije.

x i y su važni jer daju odnos između koncentracija reaktanata A i B i brzine reakcije. Oni također daju redoslijed reakcije kada se zbroje. Redoslijed reakcije je zbroj snage na koju se povećavaju koncentracije reaktanata u zakonu brzine.

Kao što je gore spomenuto, zakon brzine je matematički odnos koji vam pokazuje kako promjena koncentracije reaktanta utječe na brzinu reakcije. Pa, kako možete pronaći zakon o stopi?

Pogledajte sljedeću reakciju vodika i dušične kiseline:

Da biste pronašli narudžbu, morate znati eksponente zakona o stopi koji bi bili napisani:

To zahtijeva upotrebu podataka koji pokazuju koncentraciju reaktanta i početnu brzinu.

Uzmite u obzir sljedeće podatke:

Da biste pronašli redoslijed u odnosu na svaki reaktant, započnite pronalaženjem pokusa u kojima se drugi reaktant drži konstantnim. Na primjer, za istraživanje redoslijeda s obzirom na NO, korisno će biti ispitivanje eksperimenta 1 i 2 jer se koncentracija NO udvostručuje, ali koncentracija H₂ drži se konstantnim.

Pokusi 1 i 2 pokazuju da se brzina nakon udvostručavanja koncentracije NO učetverostručuje. Zapiši zakon stope za oba ova eksperimenta kao što slijedi:

i

Omjer između dvije desne strane jednadžbe je 4, pa nakon dijeljenja prve jednadžbe s drugom dobivate:

Dakle, y = 2.

Dalje, možete pronaći redoslijed s obzirom na H₂. Eksperimenti 2 i 3 pokazuju da udvostručenje H₂ koncentracija udvostručuje brzinu. To znači da je reakcija prvog reda u H₂.

Stoga je zakon o stopi:

Zbrajanjem eksponenata 1 i 2 daje se 3 što znači da je reakcija trećeg reda.

Neke važne točke o zakonu o stopi:

1. Iz kemijske jednadžbe nije moguće pronaći sirove zakone. Oni moraju stalno biti eksperimentalno pronađeni. Iz koncentracija reaktanata i početne brzine reakcije možete pronaći redoslijed reakcija kao što je gore prikazano i također pronaći konstantu brzine.
2. Za zakon o stopi nultog reda stopa je jednaka konstanti stope.
3. Redoslijed reakcije uvijek se definira koncentracijom reaktanta.
4. Redoslijed reaktanata ne odnosi se na stehiometrijski koeficijent u uravnoteženoj kemijskoj jednadžbi.

Redoslijed reakcije govori vam kako se brzina mijenja s koncentracijom reaktanta.

Reakcije prvog reda su reakcije čija brzina ovisi o koncentraciji reaktanta povišenoj na prvi stepen. To znači da kada se koncentracija reaktanta udvostruči, povećava se i brzina.

Mnoge reakcije razgradnje su prvog reda. Primjer je razgradnja N₂O₅:

Reakcije drugog reda su reakcije čija brzina ovisi o koncentraciji jednog reaktanta u drugom stupnju ili o koncentraciji dva reaktanta u prvom stupnju.

Jedan primjer reakcije drugog reda je kombinacija joda za stvaranje molekularnog joda u plinskoj fazi: