Як розрахувати початкову швидкість реакції

Кінетика - це розділ фізичної хімії, який вивчає швидкість хімічних реакцій. На відміну від цього, термодинаміка говорить нам, якому напрямку реакції сприяють, не виявляючи швидкості реакції. Деякі реакції можуть бути термодинамічно сприятливими, але кінетично несприятливими.

Наприклад, при перетворенні алмазу в графіт графіт має нижчу вільну енергію, ніж алмаз, тому перетворення є термодинамічно вигідним. Однак існує великий бар'єр активації для того, щоб алмаз зламав і реформував всі зв'язки в більшу сторону стабільна графітова конфігурація, таким чином, ця реакція є кінетично несприятливою і насправді не відбуватиметься.

швидкість реакції є показником того, наскільки швидко утворюються продукти та витрачаються реактиви, тому ви можете визначити це, вимірюючи зміну концентрації продуктів або реагентів протягом певного періоду часу. Розглянемо загальну хімічну реакцію:

aA + bB> cC + dD

Швидкість реакції можна записати так:

•••Змінено з 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

Наприклад, швидкість реакції для:

2 НІ (г) + 2 Н₂ (g)> N₂(г) + 2 год₂O (g)

задається

•••Адаптовано з 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

Щоб визначити швидкість цієї реакції експериментом, можна виміряти концентрацію Н₂ в різний час реакції та побудуйте її щодо часу наступним чином:

•••Змінено з 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

•••Змінено з 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

середня швидкість реакції є наближенням швидкості реакції в інтервалі часу і може бути позначено:

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

миттєва швидкість реакції визначається як швидкість реакції в якийсь момент часу. Це диференціальна ставка і може бути виражена:

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

Де d [H₂] / dt - нахил для кривої концентрації H₂ проти часу в момент часу t.

початкова швидкість реакції - миттєва швидкість на початку реакції, коли t = 0. У цьому випадку од для середньої, миттєвої та початкової швидкості реакції М / с.

У більшості випадків швидкість реакції залежить від концентрації різних реагентів у момент часу t. Наприклад, при більшій концентрації всіх реагентів реагенти частіше стикаються і призводять до швидшої реакції. Зв'язок між швидкістю реакції ν (t) і концентраціями визначається як ставка закону. А закон швидкості загальної хімічної реакції aA + bB> cC + dD є:

•••Змінено з 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)

Де k - постійна швидкості, а потужність x і y - порядок реакції щодо реагентів А і В. Закон норми повинен бути визначений експериментально, і його не можна вивести лише зі стехіометрії збалансованої хімічної реакції.

Законний курс може бути визначений метод початкових ставок. У цьому методі експеримент проводиться кілька разів, змінюючи лише концентрацію одного реагенту для кожного циклу, зберігаючи постійними інші змінні. Швидкість реакції вимірюється для кожного циклу, щоб визначити порядок кожного реагенту в законі швидкості.

Наприклад, розглянемо такі вихідні дані швидкості реакції:

2 НІ (г) + 2 Н₂ (g)> N₂(г) + 2 год₂O (g)

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

Для дослідів 1 і 3 концентрація NO підтримується постійною, тоді як концентрація Н₂ збільшується вдвічі. В результаті початкова швидкість реакції також подвоїлася (вважайте це 2¹), тож ви можете зробити висновок y = 1. Для дослідів 1 і 2 концентрація NO подвоюється, тоді як концентрація H₂ залишається постійним. Результатом цієї зміни є те, що початкова ставка зросла в чотири рази (подумайте про це як про 2²). Отже, можна зробити висновок x = 2.

Отже, закон швидкості такої реакції:

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

І реакція така перше замовлення в H₂ і другого порядку в НІ.