O reacție apare atunci când particulele se ciocnesc. În această coliziune, particulele transferă suficientă energie pentru a rupe legături vechi și a face altele noi. Dar cum puteți defini viteza la care apare o reacție?
Rata de reacție
Aruncați o privire la o reacție simplă precum cea de mai jos:
În această reacție, un reactant A este transformat într-un produs B. Viteza de reacție poate fi reprezentată de o scădere a concentrației de A în timp sau de creșterea B în timp. Acest lucru este scris:
Deoarece A scade în timp, există un semn negativ în fața acestei rate. Tarifele exprimate aici sunt in medie ratele, deoarece acestea sunt mediate pe o anumită perioadă de timp.
Cum determinați rata de reacție?
Viteza de reacție sau viteza la care are loc reacția este scrisă ca modificarea concentrației unui reactant sau produs pe schimbare de timp așa cum se arată mai sus.
Pentru a calcula acest lucru experimental, trebuie să monitorizați fie concentrația reactantului, fie produsul în funcție de timp. Odată ce ați efectuat măsurători la momente diferite, puteți să trasați aceste valori și să găsiți viteza instantanee a reacției sau panta liniei.
Fa-te ca te uiti la reactia dintre A si B, care formeaza C si D. Evident, formarea produsului depinde atât de A, cât și de B. Dar, adăugând un exces de unul, să spunem B, vă puteți asigura că concentraţie de B rămâne în mod esențial constant. În acest fel, modificarea cantității de B nu va afecta viteza de reacție măsurată.
Apoi, puteți trasa rata la diferite concentrații de A. Acest lucru vă va permite să vedeți dacă rata este proporțională cu concentrația reactanților.
Spune asta când comploti rata vs. concentraţie din A produce o linie dreaptă. Aceasta înseamnă că rata este direct proporțională cu concentrația de A. Ca rezultat, cu cât este mai mare concentrația de A, cu atât este mai mare rata.
Acest lucru poate fi reprezentat ca atare:
Variabila k este cunoscută sub numele de constantă de viteză. Este o constantă de proporționalitate între viteza reacției și concentrațiile reactanților. Variabila k este nu afectate de concentrația reactanților. Este un raport între viteza și concentrația reactantului. Această valoare k este afectată doar de temperatură.
Deoarece concentrația este măsurată în molaritate, schimbarea concentrației este măsurată în M, în timp ce timpul este măsurat în secunde. Aceasta înseamnă că unitățile pentru k sunt de obicei 1 / s sau s-1.
Stoichiometrie și rate de reacție
Pentru stoichiometrie, reacțiile simple precum raportul mol la mol între componente sunt egale. De exemplu, când A se transformă în B, se pierde un mol de A pentru fiecare mol de B făcut.
Nu toate reacțiile sunt atât de simple.
Luați în considerare următoarea reacție:
De fiecare dată când se face B, se folosesc 3 moli de A. Acest lucru poate fi exprimat ca atare:
În general, pentru reacție:
Rata este dată după cum urmează:
Ce este legea tarifelor?
legea ratei exprimă relația vitezei unei reacții la constanta vitezei și a concentrațiilor reactanților ridicați la o anumită putere.
Pentru o reacție generală:
Legea tarifelor este scrisă astfel:
A și B sunt reacțiile. k este constanta ratei. x și y sunt numere care trebuie determinată experimental. Odată ce x și y sunt cunoscute, intrarea oricărei concentrații de reactant poate fi utilizată pentru a găsi viteza reacției.
x și y sunt importante deoarece dau o relație între concentrațiile reactanților A și B și viteza de reacție. De asemenea, dau ordinea de reacție când se adaugă împreună. Ordinea reacției este suma puterii la care sunt ridicate concentrațiile reactanților în legea vitezei.
Care este ordinea unei reacții?
Așa cum s-a discutat mai sus, legea vitezei este o relație matematică care vă arată modul în care modificarea concentrației reactantului afectează rata reacției. Deci, cum puteți găsi legea tarifelor?
Uitați-vă la următoarea reacție a hidrogenului și a acidului azotic:
Pentru a găsi ordinul, trebuie să cunoașteți exponenții legii tarifului care ar fi scris:
Acest lucru necesită utilizarea datelor care indică concentrația reactantului și rata inițială.
Luați în considerare următoarele date:
| Experiment | [H2] | [NU] | Rata inițială (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 |
Pentru a găsi ordinea în raport cu fiecare reactant, începeți prin găsirea experimentelor în care celălalt reactant este menținut constant. De exemplu, pentru a investiga ordinea în ceea ce privește NO, examinarea experimentelor 1 și 2 va fi utilă, deoarece concentrația de NO se dublează, dar concentrația de H2 este menținut constant.
Experimentele 1 și 2 arată că la dublarea concentrației de NO, rata se cvadruplează. Scrieți legea tarifelor pentru ambele experimente după cum urmează:
și
Raportul dintre cele două laturi din dreapta ale ecuației este 4, deci după împărțirea primei ecuații la a doua, veți obține:
Deci y = 2.
Apoi, puteți găsi comanda cu privire la H2. Experimentele 2 și 3 indică faptul că dublarea H2 concentrația dublează rata. Aceasta înseamnă că reacția este de ordinul întâi în H2.
Astfel, legea ratei este:
Adunând împreună exponenții 1 și 2 dă 3 înseamnă că reacția este de ordinul trei.
Câteva puncte importante despre legea tarifelor:
- Legile brute nu pot fi găsite din ecuația chimică. Ei trebuie mereu să fie găsit experimental. Din concentrațiile reactanților și viteza de reacție inițială, puteți găsi ordinea reacției așa cum se arată mai sus și, de asemenea, găsi rata constantă.
- Pentru o lege a ratei de ordine zero rata este egală cu rata constantă.
- Ordinea de reacție este întotdeauna definită de concentrația reactantului.
- Ordinea unui reactant nu se referă la coeficientul stoichiometric din ecuația chimică echilibrată.
Ce înseamnă ordinea unei reacții?
Ordinea unei reacții vă arată cum se modifică viteza cu concentrația reactantului.
Reacțiile de ordinul întâi sunt reacții a căror viteză depinde de concentrația reactantului ridicată la prima putere. Aceasta înseamnă că, atunci când concentrația unui reactant este dublată, la fel este și viteza.
Multe reacții de descompunere sunt de ordinul întâi. Un exemplu este descompunerea lui N2O5:
Reacțiile de ordinul doi sunt reacții a căror viteză depinde de concentrația unui reactant la a doua putere sau de concentrațiile a două reactanți fiecare la prima putere.
Un exemplu de reacție de ordinul doi este combinația de iod pentru a forma iod molecular în faza gazoasă: