A reakciósebesség kiszámítása

A részecskék ütközésekor reakció következik be. Ebben az ütközésben a részecskék elegendő energiát adnak át a régi kötések megszakításához és újak létrehozásához. De hogyan lehet meghatározni a reakció sebességét?

Vessen egy pillantást az alábbi egyszerű reakcióra:

Ebben a reakcióban az A reagens néhány B termékké alakul. A reakció sebességét ábrázolhatjuk az A koncentrációjának időbeli csökkenésével vagy B időbeli növekedésével. Ezt írják:

Mivel az A idővel csökken, ezért negatív előjel van ezen arány előtt. Az itt kifejezett arányok a következők átlagos kamatlábakat, mert ezek bizonyos időtartamra átlagoltak.

A reakció sebességét vagy sebességét, amellyel a reakció megtörténik, a reagens vagy a termék időbeli változásonkénti koncentrációjának változásaként írjuk le, a fentiek szerint.

Ennek kísérleti kiszámításához ellenőriznie kell a reagens vagy a termék koncentrációját az idő függvényében. Ha különböző időpontokban végzett méréseket, akkor ábrázolhatja ezeket az értékeket, és megtalálja a reakció pillanatnyi sebességét vagy a vonal meredekségét.

Tegyünk úgy, mintha az A és B reakcióját vizsgálnánk, amely C-t és D-t alkot. Nyilvánvaló, hogy a termék képződése A-tól és B-től is függ. De ha felesleget ad hozzá egy, mondjuk B-hez, biztosíthatja, hogy a koncentráció B értéke lényegében állandó marad. Ily módon a B mennyiségének változása nem befolyásolja a mért reakciósebességet.

Ezután ábrázolhatja a sebességet az A különböző koncentrációinál. Ez lehetővé teszi, hogy megnézze, arányos-e a reagensek koncentrációjával.

Mondd ezt, amikor tervezel arány vs. koncentráció A-ból egyeneset ad. Ez azt jelenti, hogy a sebesség egyenesen arányos az A koncentrációjával. Ennek eredményeként, minél nagyobb az A koncentrációja, annál nagyobb az arány.

Ez így ábrázolható:

A k változó sebességállandó. Ez az arányosság állandója a reakció sebessége és a reagensek koncentrációja között. A k változó az nem befolyásolja a reagensek koncentrációja. Ez a sebesség és a reagens koncentrációjának aránya. Ezt a k értéket csak a hőmérséklet befolyásolja.

Mivel a koncentrációt molaritásban mérjük, a koncentráció változását M-ben, míg az időt másodpercben mérjük. Ez azt jelenti, hogy a k egységei általában 1 / s vagy s^-1.

A sztöchiometria esetében az olyan egyszerű reakciók, mint a komponensek közötti mol / mol arány, megegyeznek. Például, ha A B-re fordul, minden elkészített B molra egy mol A veszít.

Nem minden reakció ilyen egyszerű.

Vegye figyelembe a következő reakciót:

Minden alkalommal, amikor B készül, 3 mol A-t használunk. Ez így fejezhető ki:

Általában a reakcióhoz:

Az arány a következő:

A kamattörvény kifejezi a reakció sebességének a sebességállandóhoz való viszonyát és a reagensek bizonyos teljesítményre emelt koncentrációit.

Általános reakció:

A kamatlábtörvény a következőképpen íródott:

A és B a reakció. k a sebességi állandó. x és y olyan számok, amelyek kísérletileg kell meghatározni. Amint x és y ismert, bármely reaktáns-koncentráció bemenetét felhasználhatjuk a reakció sebességének meghatározásához.

x és y azért fontosak, mert az A és B reaktánsok koncentrációi és a reakciósebesség közötti összefüggést adják meg. Ők is adják a reakció rendje ha összeadjuk. A reakció sorrendje annak a teljesítménynek az összege, amelyre a reaktáns koncentrációja a sebességtörvényben megemelkedik.

Amint fentebb említettük, a sebességtörvény egy matematikai összefüggés, amely megmutatja, hogy a reagens koncentrációjának megváltoztatása hogyan befolyásolja a reakció sebességét. Szóval, hogyan lehet megtalálni az árfolyamtörvényt?

Vessen egy pillantást a hidrogén és a salétromsav következő reakciójára:

A sorrend megtalálásához ismernie kell a kamatláb törvény kitevőit, amelyek a következők:

Ehhez olyan adatok felhasználására van szükség, amelyek jelzik a reagens koncentrációját és kezdeti sebességét.

Vegye figyelembe a következő adatokat:

Az egyes reaktánsok sorrendjének megtalálásához kezdje meg azzal a kísérlettel, hogy a másik reagens állandó marad. Például a sorrend NO-val való vizsgálatához hasznos lehet az 1. és 2. kísérlet vizsgálata, mivel az NO koncentrációja megduplázódik, de a H₂ állandóan tartják.

Az 1. és 2. kísérlet azt mutatja, hogy az NO koncentrációjának megduplázódása esetén az arány megnégyszereződik. Írja le mindkét kísérlet sebességi törvényét az alábbiak szerint:

és

Az egyenlet két jobb oldala közötti arány 4, tehát miután elosztottuk az első egyenletet a másodikkal, kapjuk:

Tehát y = 2.

Ezután megtalálja a H sorrendjét₂. A 2. és 3. kísérlet azt mutatja, hogy a H megduplázódik₂ a koncentráció megduplázza az arányt. Ez azt jelenti, hogy a reakció első rendű H-ban₂.

Így a kamatláb törvény:

Ha összeadjuk az 1. és 2. kitevőt, akkor a 3 azt jelenti, hogy a reakció harmadrendű.

Néhány fontos pont a kamatláb-törvényről:

1. Nyers törvények nem találhatók a kémiai egyenletből. Nekik muszáj mindig kísérletileg megtalálhatók. A reagensek koncentrációiból és a kezdeti reakciósebességből megtalálja a reakció sorrendjét a fentiek szerint, és megtalálja a sebesség állandó értékét is.
2. Nulla sorrendű törvény esetén az arány megegyezik a sebességállandóval.
3. A reakció sorrendjét mindig a reagens koncentrációja határozza meg.
4. A reagens sorrendje nem kapcsolódik a kiegyensúlyozott kémiai egyenlet sztöchiometriai együtthatójához.

A reakció sorrendje megmondja, hogy a sebesség hogyan változik a reagens koncentrációjával.

Az elsőrendű reakciók azok a reakciók, amelyek sebessége az első teljesítményre emelt reagens koncentrációtól függ. Ez azt jelenti, hogy ha a reagens koncentrációja megduplázódik, akkor a sebesség is megnő.

Sok bomlási reakció elsőrendű. Ilyen például az N bomlása₂O₅:

A másodrendű reakciók olyan reakciók, amelyek sebessége függ az egyik reagens koncentrációjától a második teljesítményig vagy két reaktáns koncentrációjától az első teljesítményig.

A második rendű reakció egyik példája a jód kombinációja, amely molekuláris jódot képez a gázfázisban: