วิธีการคำนวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเบื้องต้น

จลนพลศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของเคมีฟิสิกส์ที่ศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ในทางตรงข้าม เทอร์โมไดนามิกส์บอกเราว่าทิศทางของปฏิกิริยาใดเป็นที่ชื่นชอบ โดยไม่เปิดเผยอัตราการเกิดปฏิกิริยา ปฏิกิริยาบางอย่างสามารถได้รับการสนับสนุนทางอุณหพลศาสตร์แต่ไม่ชอบทางจลนศาสตร์

ตัวอย่างเช่น ในการแปลงเพชรเป็นกราไฟต์ กราไฟต์มีพลังงานอิสระต่ำกว่าเพชร ดังนั้นการแปลงจึงเป็นที่ชื่นชอบทางเทอร์โมไดนามิกส์ อย่างไรก็ตาม มีอุปสรรคการเปิดใช้งานขนาดใหญ่สำหรับเพชรที่จะทำลายและปฏิรูปพันธะทั้งหมดให้มากขึ้น การกำหนดค่ากราไฟท์ที่เสถียร ดังนั้นปฏิกิริยานี้จึงไม่เอื้ออำนวยต่อจลนศาสตร์และจะไม่เกิดขึ้นจริง

ดิ อัตราการเกิดปฏิกิริยา คือการวัดความเร็วของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นและการใช้สารตั้งต้น ดังนั้นคุณสามารถกำหนดได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์หรือสารตั้งต้นในช่วงเวลาหนึ่ง พิจารณาปฏิกิริยาเคมีทั่วไป:

aA + bB > cC + dD

อัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถเขียนได้ดังนี้:

•••ดัดแปลงจาก https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

ตัวอย่างเช่นอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับ:

2 NO(g) + 2 H₂ (g) > N₂(g) + 2 H₂โอ(ก.)

มอบให้โดย

•••ดัดแปลงมาจาก https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

ในการกำหนดอัตราของปฏิกิริยานี้โดยการทดลอง คุณสามารถวัดความเข้มข้นของ H₂ ในช่วงเวลาต่าง ๆ ของปฏิกิริยา และวางแผนเทียบกับเวลาดังนี้:

•••ดัดแปลงจาก https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

•••ดัดแปลงจาก https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Measuring_Reaction_Rates

ดิ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย เป็นการประมาณของอัตราการเกิดปฏิกิริยาในช่วงเวลาหนึ่งและสามารถแทนด้วย:

•••ดัดแปลงจาก https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

ดิ อัตราการเกิดปฏิกิริยาทันที ถูกกำหนดให้เป็นอัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง เป็นอัตราส่วนต่างและสามารถแสดงได้โดย:

•••ดัดแปลงจาก https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

ที่ไหน d[H₂]/dt คือความชันของเส้นโค้งความเข้มข้นของ H₂ กับเวลา ณ เวลา t.

ดิ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้น คือ อัตราชั่วขณะเมื่อเริ่มต้นปฏิกิริยา เมื่อ t = 0 ในกรณีนี้ หน่วย สำหรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย ทันทีและเริ่มต้นคือ M/s

ในกรณีส่วนใหญ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่างๆ ที่เวลา เสื้อ ตัวอย่างเช่น ในความเข้มข้นที่สูงขึ้นของสารตั้งต้นทั้งหมด สารตั้งต้นจะชนกันบ่อยขึ้นและส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยา ν(t) และความเข้มข้นถูกกำหนดเป็น กฎหมายอัตรา. และกฎอัตราสำหรับปฏิกิริยาเคมีทั่วไป aA + bB > cC + dD คือ:

•••ดัดแปลงจาก https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Laboratory_Experiments/Wet_Lab_Experiments/General_Chemistry_Labs/Online_Chemistry_Lab_Manual/Chem_12_Experiments/01%3A_Chemical_Kinetics_-_The_Method_of_Initial_Rates_(Experiment)

โดยที่ k คือค่าคงที่อัตรา และกำลัง x และ y คือ ใบสั่ง ของปฏิกิริยาเทียบกับสารตั้งต้น A และ B กฎอัตราต้องกำหนดโดยการทดลองและไม่สามารถอนุมานได้จากปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยาเคมีที่สมดุล

กฎหมายอัตราสามารถกำหนดได้โดย วิธีการคิดอัตราเริ่มต้น. ในวิธีนี้ การทดลองจะดำเนินการหลายครั้ง โดยเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นหนึ่งตัวสำหรับการรันแต่ละครั้งโดยที่ตัวแปรอื่น ๆ จะคงที่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะถูกวัดสำหรับการวิ่งแต่ละครั้งเพื่อกำหนดลำดับของสารตั้งต้นแต่ละตัวในกฎอัตรา

ตัวอย่างเช่น พิจารณาข้อมูลอัตราเริ่มต้นต่อไปนี้สำหรับปฏิกิริยา:

2 NO(g) + 2 H₂ (g) > N₂(g) + 2 H₂โอ(ก.)

•••ดัดแปลงมาจาก https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

สำหรับการทดลองที่ 1 และ 3 ความเข้มข้นของ NO จะคงที่ในขณะที่ความเข้มข้นของ H₂ เป็นสองเท่า เป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (คิดว่าเป็น2¹) ดังนั้นคุณสามารถสรุปได้ว่า y = 1 สำหรับการทดลองที่ 1 และ 2 ความเข้มข้นของ NO จะเพิ่มเป็นสองเท่าในขณะที่ความเข้มข้นของ H₂ คงที่ ผลลัพธ์ของการเปลี่ยนแปลงนี้คืออัตราเริ่มต้นสี่เท่า (คิดว่าเป็น2²). ดังนั้นคุณสามารถสรุป x = 2 ได้

กฎอัตราสำหรับปฏิกิริยานี้คือ:

•••ดัดแปลงมาจาก https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

และปฏิกิริยาคือ คำสั่งแรก ในโฮ₂ และ การสั่งซื้อครั้งที่สอง ในฉบับที่