Hvordan beregne reaksjonshastighet

En reaksjon oppstår når partikler kolliderer. I denne kollisjonen overfører partiklene nok energi til å bryte gamle bindinger og lage nye. Men hvordan kan du definere hastigheten som en reaksjon skjer med?

Ta en titt på en enkel reaksjon som den nedenfor:

I denne reaksjonen blir noen reaktant A omgjort til noe produkt B. Reaksjonshastigheten kan representeres av en reduksjon i konsentrasjonen av A over tid eller som økningen av B over tid. Dette er skrevet:

Siden A avtar over tid er det et negativt tegn foran denne frekvensen. Prisene som er uttrykt her er gjennomsnitt priser fordi de er gjennomsnitt over en viss tid.

Reaksjonshastigheten, eller hastigheten som reaksjonen skjer ved, skrives som endringen i konsentrasjon av en reaktant eller et produkt per tidsendring som vist ovenfor.

For å beregne dette eksperimentelt, må du overvåke konsentrasjonen av reaktanten eller produktet som en funksjon av tiden. Når du har målt til forskjellige tidspunkter, kan du deretter plotte disse verdiene og finne den øyeblikkelige hastigheten på reaksjonen eller skråningen på linjen.

Lat som om du ser på reaksjonen mellom A og B, som danner C og D. Åpenbart avhenger dannelsen av produkt av både A og B. Men ved å legge til et overskudd av en, si B, kan du sørge for at konsentrasjon av B forblir i det vesentlige konstant. På denne måten vil ikke endringen i mengden B påvirke den målte reaksjonshastigheten.

Deretter kan du plotte hastigheten ved forskjellige konsentrasjoner av A. Dette vil tillate deg å se om hastigheten er proporsjonal med konsentrasjonen av reaktanter.

Si det når du planlegger rate vs. konsentrasjon av A gir det en rett linje. Dette betyr at hastigheten er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av A. Som et resultat, jo høyere konsentrasjon av A, jo høyere er hastigheten.

Dette kan vises som sådan:

Variabelen k er kjent som hastighetskonstanten. Det er en konstant proporsjonalitet mellom reaksjonshastigheten og konsentrasjonene av reaktanter. Variabelen k er ikke påvirket av konsentrasjonen av reaktantene. Det er et forhold mellom hastigheten og reaktantkonsentrasjonen. Denne verdien k påvirkes bare av temperaturen.

Siden konsentrasjonen måles i molaritet, måles konsentrasjonsendringen i M mens tiden måles i sekunder. Dette betyr at enhetene for k vanligvis er 1 / s eller s^-1.

For støkiometri er enkle reaksjoner som mol / mol-forholdet mellom komponentene like. For eksempel, når A blir til B, går en mol A tapt for hver mol B laget.

Ikke alle reaksjoner er så enkle.

Tenk på følgende reaksjon:

Hver gang B lages, brukes 3 mol A. Dette kan uttrykkes som sådan:

Generelt, for reaksjonen:

Satsen er gitt som følger:

De takstlov uttrykker forholdet mellom hastigheten til en reaksjon og hastighetskonstanten og konsentrasjonene av reaktanter hevet til en viss kraft.

For en generell reaksjon:

Takstloven er skrevet som:

A og B er reaksjonene. k er hastighetskonstanten. x og y er tall som må bestemmes eksperimentelt. Når x og y er kjent, kan inngangen til en hvilken som helst reaktantkonsentrasjon brukes til å finne hastigheten på reaksjonen.

x og y er viktige fordi det gir et forhold mellom konsentrasjonene av reaktantene A og B og reaksjonshastigheten. De gir også reaksjonsrekkefølge når de legges sammen. Reaksjonsrekkefølgen er summen av kraften som reaktantkonsentrasjonene i hastighetsloven økes til.

Som diskutert ovenfor er hastighetsloven et matematisk forhold som viser deg hvordan endring av reaktantkonsentrasjon påvirker reaksjonshastigheten. Så hvordan kan du finne takstloven?

Ta en titt på følgende reaksjon av hydrogen og salpetersyre:

For å finne bestillingen, må du vite eksponentene for prisloven som ville blitt skrevet:

Dette krever bruk av data som indikerer reaktantkonsentrasjon og starthastighet.

Vurder følgende data:

For å finne rekkefølgen med hensyn til hver reaktant, begynn med å finne eksperimentene der den andre reaktanten holdes konstant. For eksempel, for å undersøke rekkefølgen med hensyn til NO, vil det være nyttig å se på eksperiment 1 og 2 siden konsentrasjonen av NO dobler, men konsentrasjonen av H₂ holdes konstant.

Eksperiment 1 og 2 viser at ved dobling av konsentrasjonen av NO, fordobles frekvensen. Skriv takstloven for begge disse eksperimentene som nedenfor:

og

Forholdet mellom de to høyre sidene av ligningen er 4, så når du deler den første ligningen med den andre, får du:

Så y = 2.

Deretter kan du finne bestillingen med hensyn til H₂. Eksperiment 2 og 3 indikerer at dobling av H₂ konsentrasjon dobler hastigheten. Dette betyr at reaksjonen er første orden i H₂.

Dermed er renteloven:

Å legge sammen eksponentene 1 og 2 gir 3 betydningen at reaksjonen er tredje orden.

Noen viktige punkter om takstloven:

1. Rå lover kan ikke bli funnet fra den kjemiske ligningen. De må alltid bli funnet eksperimentelt. Fra konsentrasjonene av reaktanter og den opprinnelige reaksjonshastigheten kan du finne reaksjonsrekkefølgen som vist ovenfor og også finne hastigheten konstant.
2. For en nullbestillingsrentelov er hastigheten lik hastighetskonstanten.
3. Reaksjonsrekkefølge defineres alltid av reaktantkonsentrasjonen.
4. Rekkefølgen til en reaktant er ikke relatert til den støkiometriske koeffisienten i den balanserte kjemiske ligningen.

Reaksjonsrekkefølgen forteller deg hvordan hastigheten endres med reaktantkonsentrasjonen.

Førsteordensreaksjoner er reaksjoner hvis hastighet avhenger av reaktantkonsentrasjonen hevet til første kraft. Dette betyr at når konsentrasjonen av en reaktant er doblet så er hastigheten.

Mange nedbrytningsreaksjoner er første orden. Et eksempel er nedbrytningen av N₂O₅:

Andreordensreaksjoner er reaksjoner hvis hastighet avhenger av konsentrasjonen av en reaktant til den andre effekten eller av konsentrasjonene av to reaktanter hver til den første effekten.

Et eksempel på en andre ordens reaksjon er kombinasjonen av jod for å danne molekylært jod i gassfasen: