Kaip apskaičiuoti pradinį reakcijos greitį

Kinetika yra fizinės chemijos šaka, tirianti cheminių reakcijų greitį. Priešingai, termodinamika nurodo, kuri reakcijos kryptis yra palankiausia, neatskleidžiant jos reakcijos greičio. Kai kurios reakcijos gali būti palankios termodinamiškai, bet kinetiškai.

Pavyzdžiui, konvertuojant deimantą į grafitą, grafito laisva energija yra mažesnė nei deimanto, todėl termodinamiškai pirmenybė teikiama konversijai. Tačiau deimantui yra didelė aktyvavimo kliūtis, kad visi ryšiai būtų labiau suardyti ir reformuoti stabili grafito konfigūracija, todėl ši reakcija yra kinetiškai nepalanki ir iš tikrųjų neįvyks.

reakcijos greitis yra matas, kaip greitai susidaro produktai ir sunaudojami reagentai, todėl jį galite nustatyti matuodami produktų ar reagentų koncentracijos pokytį per tam tikrą laikotarpį. Apsvarstykite bendrą cheminę reakciją:

aA + bB> cC + dD

Reakcijos greitį galima parašyti taip:

•••Pakeista iš 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

Pavyzdžiui, reakcijos greitis:

2 NO (g) + 2H₂ (g)> N₂g) + 2H₂O (g)

yra duota

•••Pritaikyta iš 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

Norėdami eksperimento būdu nustatyti šios reakcijos greitį, galite išmatuoti H koncentraciją₂ skirtingais reakcijos momentais, ir apskaičiuokite jį pagal laiką taip:

•••Pakeista iš 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

•••Pakeista iš 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

vidutinis reakcijos greitis yra reakcijos greičio apytikslis laiko intervalas ir gali būti žymimas:

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

momentinis reakcijos greitis apibrėžiamas kaip reakcijos greitis tam tikru momentu. Tai yra skirtinga norma ir gali būti išreikšta:

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

Kur d [H₂] / dt yra H koncentracijos kreivės nuolydis₂ palyginti su laiku t.

pradinis reakcijos greitis momentinis greitis reakcijos pradžioje, kai t = 0. Šiuo atveju vienetas vidutinis, momentinis ir pradinis reakcijos greitis yra M / s.

Daugeliu atvejų reakcijos greitis priklauso nuo įvairių reagentų koncentracijos metu t. Pavyzdžiui, esant didesnei visų reagentų koncentracijai, reagentai dažniau susiduria ir sukelia greitesnę reakciją. Ryšys tarp reakcijos greičio ν (t) ir koncentracijų yra apibrėžiamas kaip normos įstatymas. Bendrosios cheminės reakcijos aA + bB> cC + dD greičio dėsnis yra:

•••Pakeista iš 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)

Kur k yra greičio konstanta, o galia x ir y yra įsakymas reakcijos reagentų A ir B atžvilgiu. Greičio dėsnis turi būti nustatytas eksperimentiškai ir jo negalima išvesti vien iš subalansuotos cheminės reakcijos stechiometrijos.

Normos įstatymą gali nustatyti pradinių įkainių metodas. Taikant šį metodą, eksperimentas atliekamas kelis kartus, tik pakeičiant vieno reagento koncentraciją kiekvienam bandymui išlaikant pastovius kitus kintamuosius. Reakcijos greitis matuojamas kiekvienam važiavimui, siekiant nustatyti kiekvieno reagento eiliškumą greičio dėsnyje.

Pvz., Apsvarstykite šiuos pradinius reakcijos greičio duomenis:

2 NO (g) + 2H₂ (g)> N₂g) + 2H₂O (g)

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

1 ir 3 bandymuose NO koncentracija laikoma pastovi, o H koncentracija₂ yra padvigubintas. Dėl to pradinis reakcijos greitis taip pat padvigubėjo (galvokite apie tai kaip apie 2¹), taigi galite padaryti išvadą, kad y = 1. 1 ir 2 bandymuose NO koncentracija padvigubėja, o H koncentracija₂ išlieka pastovus. Šio pokyčio rezultatas yra tas, kad pradinė norma padidėjo keturis kartus (pagalvokite apie tai kaip 2²). Todėl galite padaryti išvadą, kad x = 2.

Taigi šios reakcijos normos įstatymas yra toks:

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

Ir reakcija yra Pirmas užsakymas H₂ ir Antras užsakymas Nr.