Pri trčenju delcev pride do reakcije. V tem trku delci prenašajo dovolj energije, da pretrgajo stare vezi in tvorijo nove. Toda kako lahko določite hitrost reakcije?
Stopnja reakcije
Oglejte si preprost odziv, kot je spodnji:
V tej reakciji se nekaj reaktanta A spremeni v nekaj produkta B. Hitrost reakcije lahko predstavimo z zmanjšanjem koncentracije A skozi čas ali kot povečanjem B skozi čas. To je napisano:
Ker se A sčasoma zmanjšuje, je pred to stopnjo negativni znak. Tu izražene stopnje so povprečno stopnje, ker so povprečene v določenem času.
Kako določite stopnjo reakcije?
Hitrost reakcije ali hitrost reakcije se zapiše kot sprememba koncentracije reaktanta ali produkta na časovno spremembo, kot je prikazano zgoraj.
Če želite to eksperimentalno izračunati, morate spremljati bodisi koncentracijo reaktanta bodisi produkta kot funkcijo časa. Ko opravite meritve ob različnih časih, lahko nato te vrednosti narišete in poiščete trenutno hitrost reakcije ali naklon črte.
Pretvarjajte se, da gledate na reakcijo med A in B, ki tvori C in D. Očitno je tvorba proizvoda odvisna tako od A kot od B. Če pa dodate presežek enega, recimo B, lahko zagotovite, da
Nato lahko narišete hitrost pri različnih koncentracijah A. Tako boste lahko ugotovili, ali je stopnja sorazmerna s koncentracijo reaktantov.
Recite to, ko načrtujete stopnja v primerjavi koncentracija od A dobi ravno črto. To pomeni, da je stopnja neposredno sorazmerna s koncentracijo A. Kot rezultat, večja kot je koncentracija A, večja je stopnja.
To je mogoče predstaviti kot takega:
Spremenljivka k je znana kot konstanta hitrosti. To je konstanta sorazmernosti med hitrostjo reakcije in koncentracijami reaktantov. Spremenljivka k je ne vpliva koncentracija reaktantov. To je razmerje med hitrostjo in koncentracijo reaktanta. Na to vrednost k vpliva samo temperatura.
Ker se koncentracija meri v molarnosti, se sprememba koncentracije meri v M, čas pa v sekundah. To pomeni, da so enote za k običajno 1 / s ali s-1.
Stehiometrija in reakcijske hitrosti
Za stehiometrijo so preproste reakcije, kot je razmerje mol / mol med komponentami, enake. Na primer, ko se A spremeni v B, se izgubi en mol A za vsak narejeni mol B.
Niso vse reakcije tako preproste.
Razmislite o naslednji reakciji:
Vsakič, ko se naredi B, se uporabijo 3 moli A. To lahko izrazimo kot tako:
Na splošno za reakcijo:
Stopnja je podana na naslednji način:
Kakšen je zakon o stopnjah?
The zakon o stopnjah izraža razmerje med hitrostjo reakcije in konstanto hitrosti in koncentracijami reagentov, dvignjenimi na nekaj moči.
Za splošno reakcijo:
Zakon o stopnjah je zapisan kot:
A in B sta reakciji. k je konstanta hitrosti. x in y sta števili, ki je treba določiti eksperimentalno. Ko sta znana x in y, lahko s pomočjo vnosa katere koli koncentracije reaktanta poiščemo hitrost reakcije.
x in y sta pomembna, ker dajeta razmerje med koncentracijama reaktantov A in B ter hitrostjo reakcije. Dajo tudi vrstni red reakcije ko se seštejejo. Red reakcije je vsota moči, na katero se zvišajo koncentracije reaktantov v zakonu hitrosti.
Kakšen je vrstni red reakcije?
Kot smo že omenili, je zakon o hitrosti matematični odnos, ki prikazuje, kako spreminjanje koncentracije reaktanta vpliva na hitrost reakcije. Torej, kako lahko najdete zakon o stopnjah?
Oglejte si naslednjo reakcijo vodika in dušikove kisline:
Če želite najti naročilo, morate poznati stopnje zakona o stopnjah, ki bi bili napisani:
To zahteva uporabo podatkov, ki kažejo koncentracijo reaktanta in začetno hitrost.
Upoštevajte naslednje podatke:
| Eksperimentirajte | [H2] | [NE] | Začetna hitrost (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 |
Če želite najti vrstni red glede na vsak reaktant, začnite z iskanjem poskusov, pri katerih je drugi reaktant konstanten. Na primer, za preučitev vrstnega reda glede NO bo v pomoč eksperiment 1 in 2, saj se koncentracija NO podvoji, vendar koncentracija H2 je konstantna.
Poskus 1 in 2 kažeta, da se hitrost po podvojitvi koncentracije NO poveča za štirikrat. Zapišite oba stopnja za oba poskusa, kot je prikazano spodaj:
in
Razmerje med dvema desnima stranema enačbe je 4, tako da po deljenju prve enačbe z drugo dobite:
Torej y = 2.
Nato lahko najdete vrstni red glede na H2. Poskusa 2 in 3 kažeta, da podvojitev H2 koncentracija podvoji stopnjo. To pomeni, da je reakcija prvega reda v H2.
Tako je zakon o stopnjah:
Če seštejemo eksponenti 1 in 2, dobimo 3, kar pomeni, da je reakcija tretjega reda.
Nekaj pomembnih točk o zakonu o stopnjah:
- Iz kemijske enačbe ni mogoče najti surovih zakonov. Morajo nenehno najti poskusno. Iz koncentracij reaktantov in začetne hitrosti reakcije lahko poiščete vrstni red reakcij, kot je prikazano zgoraj, in tudi konstanto hitrosti.
- Za zakon o stopnji ničelnega reda je stopnja enaka konstanti stopnje.
- Vrstni red reakcij je vedno opredeljen s koncentracijo reaktanta.
- Vrstni red reaktanta se ne nanaša na stehiometrični koeficient v uravnoteženi kemijski enačbi.
Kaj pomeni vrstni red reakcije?
Vrstni red reakcije vam pove, kako se hitrost spreminja s koncentracijo reaktanta.
Reakcije prvega reda so reakcije, katerih hitrost je odvisna od koncentracije reaktanta, dvignjene na prvo stopnjo. To pomeni, da ko se koncentracija reaktanta podvoji, se poveča tudi hitrost.
Številne reakcije razgradnje so prvega reda. Primer je razgradnja N2O5:
Reakcije drugega reda so reakcije, katerih hitrost je odvisna od koncentracije enega reaktanta do druge stopnje ali od koncentracije dveh reaktantov do prve stopnje.
Primer reakcije drugega reda je kombinacija joda za tvorbo molekularnega joda v plinski fazi: