Reakcija notiek, daļiņām saduroties. Šajā sadursmē daļiņas pārnes pietiekami daudz enerģijas, lai nojauktu vecās saites un izveidotu jaunas. Bet kā jūs varat noteikt reakcijas ātrumu?
Reakcijas ātrums
Apskatiet tādu vienkāršu reakciju kā zemāk:
Šajā reakcijā daži reaģenti A tiek pārvērsti par kādu produktu B. Reakcijas ātrumu var attēlot ar A koncentrācijas samazināšanos laika gaitā vai kā B pieaugumu laika gaitā. Tas ir rakstīts:
Tā kā A laika gaitā samazinās, šīs likmes priekšā ir negatīva zīme. Šeit izteiktās likmes ir vidēji likmes, jo tās tiek vidēji aprēķinātas noteiktā laika periodā.
Kā jūs nosakāt reakcijas ātrumu?
Reakcijas ātrumu vai ātrumu, kādā notiek reakcija, raksta kā reaktanta vai produkta koncentrācijas izmaiņas uz laika izmaiņām, kā parādīts iepriekš.
Lai to eksperimentāli aprēķinātu, jums jāuzrauga reaģenta vai produkta koncentrācija atkarībā no laika. Kad esat veicis mērījumus dažādos laikos, pēc tam varat uzzīmēt šīs vērtības un atrast momentāno reakcijas ātrumu vai līnijas slīpumu.
Izlikieties, ka skatāties uz reakciju starp A un B, kas veido C un D. Acīmredzot produkta veidošanās ir atkarīga gan no A, gan no B. Bet, pievienojot viena pārsniegumu, teiksim B, jūs varat pārliecināties, ka koncentrēšanās B paliek nemainīgs. Tādā veidā B daudzuma izmaiņas neietekmēs izmērīto reakcijas ātrumu.
Pēc tam jūs varat uzzīmēt ātrumu dažādās A koncentrācijās. Tas ļaus jums redzēt, vai ātrums ir proporcionāls reaģentu koncentrācijai.
Sakiet to, kad plānojat likme pret koncentrēšanās no A tas dod taisnu līniju. Tas nozīmē, ka ātrums ir tieši proporcionāls A koncentrācijai. Tā rezultātā, jo lielāka ir A koncentrācija, jo augstāka ir likme.
To var attēlot kā tādu:
Mainīgais k ir pazīstams kā ātruma konstante. Tā ir proporcionalitātes konstante starp reakcijas ātrumu un reaģentu koncentrācijām. Mainīgais k ir nē ietekmē reaģentu koncentrācija. Tā ir ātruma un reaģenta koncentrācijas attiecība. Šo vērtību k ietekmē tikai temperatūra.
Tā kā koncentrāciju mēra molaritātē, koncentrācijas izmaiņas mēra M, bet laiku - sekundēs. Tas nozīmē, ka k vienības parasti ir 1 / s vai s-1.
Stehiometrija un reakcijas ātrums
Stehiometrijai vienkāršas reakcijas, piemēram, mol un mol attiecība starp komponentiem, ir vienādas. Piemēram, kad A pagriežas uz B, par katru izgatavoto B mol tiek zaudēts viens mol A.
Ne visas reakcijas ir tik vienkāršas.
Apsveriet šādu reakciju:
Katru reizi, kad tiek izgatavots B, tiek izmantoti 3 moli A. To var izteikt kā tādu:
Parasti reakcijai:
Likme tiek dota šādi:
Kāds ir likmju likums?
The likmju likums izsaka reakcijas ātruma saistību ar ātruma konstanti un reaģentu koncentrācijām, kas paaugstinātas līdz kādai jaudai.
Lai iegūtu vispārēju reakciju:
Likmes likums ir rakstīts šādi:
A un B ir reakcijas. k ir ātruma konstante. x un y ir skaitļi, kas jānosaka eksperimentāli. Kad x un y ir zināmi, reakcijas ātruma noteikšanai var izmantot jebkuras reaģenta koncentrācijas ievadi.
x un y ir svarīgi, jo dod sakarību starp reaģentu A un B koncentrācijām un reakcijas ātrumu. Viņi arī dod reakcijas kārtība saskaitot kopā. Reakcijas secība ir jaudas summa, līdz kurai tiek palielināta reaģenta koncentrācija ātruma likumā.
Kāda ir reakcijas kārtība?
Kā tika apspriests iepriekš, ātruma likums ir matemātiska sakarība, kas parāda, kā reaģenta koncentrācijas maiņa ietekmē reakcijas ātrumu. Tātad, kā jūs varat atrast likmju likumu?
Apskatiet šādu ūdeņraža un slāpekļskābes reakciju:
Lai atrastu pasūtījumu, jums jāzina likmju likuma eksponenti, kas būtu rakstīti:
Tam nepieciešams izmantot datus, kas norāda reaģenta koncentrāciju un sākotnējo ātrumu.
Apsveriet šādus datus:
| Eksperiments | [H2] | [NĒ] | Sākotnējā likme (M / s) |
|---|---|---|---|
1 |
3,0x10-3 |
1,0x10-3 |
2,0x10-4 |
2 |
3,0x10-3 |
2,0x10-3 |
8,0x10-4 |
3 |
6,0x10-3 |
2,0x10-3 |
16,0x10-4 |
Lai atrastu kārtību attiecībā uz katru reaģentu, vispirms meklējiet eksperimentus, kuros otrs reaģents tiek turēts nemainīgs. Piemēram, lai izpētītu secību attiecībā uz NO, būs noderīgi aplūkot 1. un 2. eksperimentu, jo NO koncentrācija dubultojas, bet H2 tiek turēts nemainīgi.
1. un 2. eksperiments parāda, ka, dubultojot NO koncentrāciju, ātrums četrkāršojas. Uzrakstiet likmes likumu abiem šiem eksperimentiem šādi:
un
Attiecība starp vienādojuma divām labajām pusēm ir 4, tāpēc pēc pirmā vienādojuma dalīšanas ar otro jūs iegūstat:
Tātad y = 2.
Pēc tam jūs varat atrast kārtību attiecībā uz H2. 2. un 3. eksperiments norāda, ka divkāršojot H2 koncentrācija dubulto likmi. Tas nozīmē, ka reakcija ir pirmās kārtas H2.
Tādējādi likmju likums ir:
Saskaitot eksponentus 1 un 2, iegūst 3, kas nozīmē, ka reakcija ir trešā secība.
Daži svarīgi punkti par likmju likumu:
- No ķīmiskā vienādojuma nevar atrast neapstrādātus likumus. Viņiem vajag vienmēr eksperimentāli. Pēc reaģentu koncentrācijām un sākotnējā reakcijas ātruma jūs varat atrast reakcijas secību, kā parādīts iepriekš, kā arī atrast ātruma konstanti.
- Nulles likmes likumam likme ir vienāda ar likmes konstanti.
- Reakcijas secību vienmēr nosaka reaģenta koncentrācija.
- Reaģenta kārtība neattiecas uz stehiometrisko koeficientu līdzsvarotajā ķīmiskajā vienādojumā.
Ko nozīmē reakcijas kārtība?
Reakcijas secība norāda, kā ātrums mainās līdz ar reaģenta koncentrāciju.
Pirmās kārtas reakcijas ir reakcijas, kuru ātrums ir atkarīgs no reaģenta koncentrācijas, kas paaugstināta līdz pirmajai jaudai. Tas nozīmē, ka tad, kad reaģenta koncentrācija tiek dubultota, tas ir arī ātrums.
Daudzas sadalīšanās reakcijas ir pirmās kārtas. Piemērs ir N sadalīšanās2O5:
Otrās kārtas reakcijas ir reakcijas, kuru ātrums ir atkarīgs no viena reaģenta koncentrācijas otrajā jaudā vai no divu reaģentu koncentrācijas katrā pirmajā jaudā.
Viens otrās kārtas reakcijas piemērs ir joda kombinācija molekulārā joda veidošanai gāzes fāzē: