Как рассчитать скорость реакции

При столкновении частиц происходит реакция. В этом столкновении частицы передают достаточно энергии, чтобы разорвать старые связи и создать новые. Но как определить скорость, с которой происходит реакция?

Взгляните на простую реакцию, подобную приведенной ниже:

В этой реакции часть реагента A превращается в продукт B. Скорость реакции может быть представлена ​​уменьшением концентрации A с течением времени или увеличением B с течением времени. Это написано:

Поскольку A со временем уменьшается, перед этой скоростью стоит отрицательный знак. Указанные здесь ставки: в среднем ставки, потому что они усредняются за определенный период времени.

Скорость реакции или скорость, с которой происходит реакция, записывается как изменение концентрации реагента или продукта за изменение во времени, как показано выше.

Чтобы рассчитать это экспериментально, вы должны контролировать концентрацию реагента или продукта как функцию времени. Если у вас есть измерения в разное время, вы можете построить график этих значений и найти мгновенную скорость реакции или наклон линии.

Представьте, что вы смотрите на реакцию между A и B, которая образует C и D. Очевидно, что образование продукта зависит как от A, так и от B. Но, добавив больше единицы, скажем B, вы можете гарантировать, что концентрация B остается практически постоянным. Таким образом, изменение количества B не повлияет на измеренную скорость реакции.

Затем вы можете построить график скорости при различных концентрациях A. Это позволит вам увидеть, пропорциональна ли скорость концентрации реагентов.

Скажите это, когда вы замышляете рейтинг vs. концентрация из A это дает прямую линию. Это означает, что скорость прямо пропорциональна концентрации A. В результате, чем выше концентрация A, тем выше скорость.

Это можно представить так:

Переменная k известна как константа скорости. Это константа пропорциональности между скоростью реакции и концентрациями реагентов. Переменная k равна нет зависит от концентрации реагентов. Это соотношение скорости и концентрации реагента. На это значение k влияет только температура.

Поскольку концентрация измеряется молярностью, изменение концентрации измеряется в M, а время измеряется в секундах. Это означает, что единицами измерения k обычно являются 1 / с или с.^-1.

Для стехиометрии простые реакции, такие как молярное отношение компонентов, одинаковы. Например, когда A превращается в B, один моль A теряется на каждый произведенный моль B.

Не все реакции так просты.

Рассмотрим следующую реакцию:

Каждый раз при приготовлении B используется 3 моля A. Это можно выразить так:

В общем по реакции:

Ставка указана следующим образом:

В тарифный закон выражает отношение скорости реакции к константе скорости и концентрации реагентов, возведенных в некоторую степень.

Для общей реакции:

Закон скорости записывается как:

А и В - реакции. k - константа скорости. x и y - числа, которые должен быть определен экспериментально. Как только x и y известны, ввод любой концентрации реагента можно использовать для определения скорости реакции.

x и y важны, потому что они дают соотношение между концентрациями реагентов A и B и скоростью реакции. Они также дают порядок реакции при сложении. Порядок реакции - это сумма степеней, до которых увеличиваются концентрации реагентов в законе скорости.

Как обсуждалось выше, закон скорости представляет собой математическое соотношение, которое показывает, как изменение концентрации реагента влияет на скорость реакции. Итак, как найти закон ставок?

Взгляните на следующую реакцию водорода и азотной кислоты:

Чтобы найти порядок, вам нужно знать показатели закона скорости, которые будут записаны:

Это требует использования данных, указывающих концентрацию реагента и начальную скорость.

Рассмотрим следующие данные:

Чтобы найти порядок в отношении каждого реагента, начните с поиска экспериментов, в которых другой реагент поддерживается постоянным. Например, чтобы исследовать порядок по отношению к NO, будет полезно взглянуть на эксперименты 1 и 2, поскольку концентрация NO удваивается, но концентрация H₂ остается неизменным.

Эксперименты 1 и 2 показывают, что при удвоении концентрации NO скорость увеличивается в 4 раза. Напишите закон скорости для обоих этих экспериментов, как показано ниже:

а также

Соотношение между двумя правыми частями уравнения равно 4, поэтому после деления первого уравнения на второе вы получите:

Итак, y = 2.

Далее вы можете найти порядок относительно H₂. Эксперименты 2 и 3 показывают, что удвоение H₂ концентрация удваивает скорость. Это означает, что реакция первого порядка по H₂.

Таким образом, тарифный закон:

Если сложить показатели 1 и 2, получится 3, означающее, что реакция третьего порядка.

Некоторые важные моменты, касающиеся тарифного закона:

1. Исходные законы нельзя найти из химического уравнения. Они должны всегда быть найденным экспериментально. Из концентраций реагентов и начальной скорости реакции вы можете найти порядок реакции, как показано выше, а также найти константу скорости.
2. Для закона скорости нулевого порядка скорость равна константе скорости.
3. Порядок реакции всегда определяется концентрацией реагента.
4. Порядок реагента не связан со стехиометрическим коэффициентом в сбалансированном химическом уравнении.

Порядок реакции показывает, как скорость изменяется с концентрацией реагента.

Реакции первого порядка - это реакции, скорость которых зависит от концентрации реагентов, возведенных в первую степень. Это означает, что при удвоении концентрации реагента увеличивается и скорость.

Многие реакции разложения относятся к первому порядку. Примером может служить разложение N₂О₅:

Реакции второго порядка - это реакции, скорость которых зависит от концентрации одного реагента для второй степени или от концентраций двух реагентов, каждая для первой степени.

Одним из примеров реакции второго порядка является сочетание йода с образованием молекулярного йода в газовой фазе: