Pri zrážke častíc dôjde k reakcii. Pri tejto zrážke častice prenášajú dostatok energie na to, aby rozbili staré väzby a vytvorili nové. Ako však môžete určiť rýchlosť reakcie?
Rýchlosť reakcie
Zoznámte sa s jednoduchou reakciou, ako je tá dole:
V tejto reakcii sa časť reaktantu A zmení na časť produktu B. Rýchlosť reakcie môže byť predstavovaná poklesom koncentrácie A v priebehu času alebo ako nárast B v priebehu času. Toto je napísané:
Pretože A klesá v priebehu času, je pred touto sadzbou záporné znamienko. Uvedené sadzby sú priemer sadzby, pretože sú spriemerované za určité časové obdobie.
Ako určíte rýchlosť reakcie?
Reakčná rýchlosť alebo rýchlosť, pri ktorej k reakcii dôjde, sa zapisuje ako zmena koncentrácie reaktantu alebo produktu na jednu zmenu v čase, ako je uvedené vyššie.
Aby ste to mohli experimentálne vypočítať, musíte monitorovať buď koncentráciu reaktantu alebo produktu ako funkciu času. Ak máte merania v rôznych časoch, môžete tieto hodnoty vykresliť a zistiť okamžitú rýchlosť reakcie alebo sklon čiary.
Predstierajte, že sa pozeráte na reakciu medzi A a B, ktorá vytvára C a D. Je zrejmé, že tvorba produktu závisí od A aj B. Ale pridaním prebytku jedného, napríklad B, môžete zaistiť, že: koncentrácia B zostáva v podstate konštantný. Týmto spôsobom zmena množstva B neovplyvní nameranú rýchlosť reakcie.
Potom môžete zakresliť rýchlosť pri rôznych koncentráciách A. Toto vám umožní zistiť, či je rýchlosť úmerná koncentrácii reaktantov.
Povedzte to, keď plánujete sadzba vs. koncentrácia z A dáva priamku. To znamená, že rýchlosť je priamo úmerná koncentrácii A. Výsledkom je, že čím vyššia je koncentrácia A, tým vyššia je rýchlosť.
Môže to byť napríklad:
Premenná k je známa ako rýchlostná konštanta. Je to konštanta proporcionality medzi rýchlosťou reakcie a koncentráciami reaktantov. Premenná k je nie ovplyvnená koncentráciou reaktantov. Je to pomer rýchlosti a koncentrácie reaktantu. Táto hodnota k je ovplyvnená iba teplotou.
Pretože koncentrácia sa meria v molarite, zmena koncentrácie sa meria v M, zatiaľ čo čas sa meria v sekundách. To znamená, že jednotky pre k sú zvyčajne 1 / s alebo s-1.
Stechiometria a reakčné rýchlosti
Pre stechiometriu sú jednoduché reakcie ako molárny pomer medzi zložkami rovnaké. Napríklad keď sa A zmení na B, stratí sa jeden mol A za každý mol vyrobeného B.
Nie všetky reakcie sú také jednoduché.
Zvážte nasledujúcu reakciu:
Zakaždým, keď sa pripraví B, použijú sa 3 móly A. Môže to byť vyjadrené takto:
Všeobecne pre reakciu:
Sadzba je uvedená nasledovne:
Čo je zákon o sadzbách?
The zákon o sadzbách vyjadruje vzťah rýchlosti reakcie k rýchlostnej konštante a koncentrácií reaktantov zvýšených na určitú mocnosť.
Pre všeobecnú reakciu:
Zákon o sadzbách je napísaný ako:
A a B sú reakcie. k je rýchlostná konštanta. x a y sú čísla, ktoré musí sa určiť experimentálne. Len čo sú známe x a y, je možné na určenie rýchlosti reakcie použiť vstup akejkoľvek koncentrácie reaktantu.
xay sú dôležité, pretože dávajú vzťah medzi koncentráciami reaktantov A a B a rýchlosťou reakcie. Dávajú tiež reakčný poriadok keď sa spočítajú. Reakčné poradie je súčet sily, na ktorú sa zvyšujú koncentrácie reaktantov v zákone o rýchlosti.
Aký je poriadok reakcie?
Ako už bolo uvedené vyššie, zákon o rýchlosti predstavuje matematický vzťah, ktorý ukazuje, ako zmena koncentrácie reaktantu ovplyvňuje rýchlosť reakcie. Ako teda nájdete zákon o sadzbách?
Zoznámte sa s nasledujúcou reakciou vodíka a kyseliny dusičnej:
Aby ste našli objednávku, potrebujete poznať exponenty zákona o sadzbách, ktorý by bol napísaný:
To si vyžaduje použitie údajov, ktoré naznačujú koncentráciu reaktantov a počiatočnú rýchlosť.
Zvážte nasledujúce údaje:
| Experimentujte | [H2] | [NIE] | Počiatočná rýchlosť (M / s) |
|---|---|---|---|
1 |
3,0 x 10-3 |
1,0x10-3 |
2,0 x 10-4 |
2 |
3,0 x 10-3 |
2,0 x 10-3 |
8,0 x 10-4 |
3 |
6,0x10-3 |
2,0 x 10-3 |
16,0x10-4 |
Ak chcete nájsť poradie v súvislosti s každým reaktantom, začnite nájdením experimentov, v ktorých je druhý reaktant udržiavaný na konštantnej hodnote. Napríklad na preskúmanie poradia vzhľadom na NO bude užitočné pozrieť sa na experiment 1 a 2, pretože koncentrácia NO sa zdvojnásobuje, ale koncentrácia H2 sa udržuje konštantná.
Pokusy 1 a 2 ukazujú, že po zdvojnásobení koncentrácie NO sa rýchlosť štvornásobne zvýši. Zákon o sadzbách pre oba tieto experimenty napíšte nižšie:
a
Pomer medzi dvoma pravými stranami rovnice je 4, takže po vydelení prvej rovnice druhou získate:
Takže y = 2.
Ďalej môžete nájsť objednávku vzhľadom na H2. Pokusy 2 a 3 naznačujú, že zdvojnásobenie H2 koncentrácia zdvojnásobuje rýchlosť. To znamená, že reakcia je prvého rádu v H2.
Zákon o sadzbách je teda:
Sčítaním exponentov 1 a 2 získate 3, čo znamená, že reakcia je tretieho rádu.
Niektoré dôležité body týkajúce sa zákona o sadzbách:
- Surové zákony nemožno nájsť z chemickej rovnice. Oni musia vždy možno nájsť experimentálne. Z koncentrácií reaktantov a počiatočnej rýchlosti reakcie môžete nájsť poradie reakcie, ako je uvedené vyššie, a tiež rýchlostnú konštantu.
- Pre zákon o rýchlosti nultého rádu sa rýchlosť rovná konštante rýchlosti.
- Poradie reakcie je vždy definované koncentráciou reaktantu.
- Poradie reaktantu nesúvisí so stechiometrickým koeficientom vo vyváženej chemickej rovnici.
Čo znamená poradie reakcie?
Poradie reakcie vám povie, ako sa rýchlosť mení s koncentráciou reaktantov.
Reakcie prvého rádu sú reakcie, ktorých rýchlosť závisí od koncentrácie reaktantu zvýšenej na prvý výkon. To znamená, že keď sa koncentrácia reaktantu zdvojnásobí, dôjde aj k jeho rýchlosti.
Mnoho rozkladných reakcií je prvého rádu. Príkladom je rozklad N2O5:
Reakcie druhého rádu sú reakcie, ktorých rýchlosť závisí od koncentrácie jedného reaktantu v druhej sile alebo od koncentrácií dvoch reaktantov v každej mocnine.
Jedným príkladom reakcie druhého rádu je kombinácia jódu za vzniku molekulárneho jódu v plynnej fáze: