Beregn den indledende reaktionshastighed:En trin-for-trin guide

Garsya/iStock/GettyImages

Kinetik er den gren af fysisk kemi, der studerer hastigheden af kemiske reaktioner. I modsætning hertil fortæller termodynamikken os, hvilken retning af reaktionen der foretrækkes, uden at afsløre dens reaktionshastighed. Nogle reaktioner kan være termodynamisk begunstigede, men kinetisk ugunstige.

For eksempel ved omdannelsen af diamant til grafit har grafit en lavere fri energi end diamant, så omdannelsen er termodynamisk begunstiget. Der er dog en stor aktiveringsbarriere for diamant til at bryde og omforme alle bindinger til den mere stabile grafitkonfiguration, så denne reaktion er kinetisk ugunstig og vil faktisk ikke forekomme.

Reaktionshastighed

Reaktionshastighed

reaktionshastigheden er et mål for, hvor hurtigt produkterne dannes og reaktanterne forbruges, så du kan bestemme det ved at måle ændringen i koncentrationen af produkter eller reaktanter, over en periode. Overvej en generel kemisk reaktion:

aA + bB ———————–> cC + dD

Reaktionshastigheden kan skrives som:

Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_PReaction_Rates

For eksempel reaktionshastigheden for:

2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)

er givet af

Tilpasset fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_Preaction_Rates For at bestemme hastigheden af denne reaktion ved eksperiment kan du måle koncentrationen af H2 på forskellige tidspunkter af reaktionen og plotte den mod tiden som følger:

Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_PReaction_Rates

Ændret fra https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs_PReaction_Rates

Den gennemsnitlige reaktionshastighed er en tilnærmelse af reaktionshastigheden i et tidsinterval og kan betegnes med:

Ændret fra https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

Den øjeblikkelige reaktionshastighed er defineret som reaktionshastigheden på et eller andet tidspunkt. Det er en differentialsats og kan udtrykkes ved:

Ændret fra https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Kinetics/CalculatingRates.html#InitialRate

Hvor d[H2]/dt er hældningen for kurven for koncentration af H2 versus tiden på tidspunktet t.

Den indledende reaktionshastighed er den øjeblikkelige hastighed ved starten af reaktionen, når t =0. I dette tilfælde er enheden for gennemsnitlig, øjeblikkelig og initial reaktionshastighed er M/s.

Satslov

Satslov

I de fleste tilfælde er reaktionshastigheden afhængig af koncentrationen af de forskellige reaktanter på tidspunktet t. For eksempel, i en højere koncentration af alle reaktanter, kolliderer reaktanter hyppigere og resulterer i en hurtigere reaktion. Forholdet mellem reaktionshastigheden ν(t) og koncentrationerne er defineret som hastighedsloven . Og hastighedsloven for den generelle kemiske reaktion aA + bB —————> cC + dD er:

Ændret fra https:

Hvor k er hastighedskonstanten, og potensen x og y er ordenen af reaktionen med hensyn til reaktant A og B. Hastighedsloven skal bestemmes eksperimentelt og kan ikke udledes kun ud fra støkiometrien af en afbalanceret kemisk reaktion.

Metode for indledende takster

Metode for indledende takster

Takstloven kan bestemmes ved metoden med starttakster . I denne metode udføres eksperimentet flere gange, kun ændre koncentrationen af ​​en reaktant for hver kørsel, mens andre variabler holdes konstante. Reaktionshastigheden måles for hver kørsel for at bestemme rækkefølgen af hver reaktant i hastighedsloven.

Overvej f.eks. følgende starthastighedsdata for reaktionen:

2 NO(g) + 2 H2 (g) ———————> N2(g) + 2 H2O(g)

Tilpasset fra https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

For forsøg 1 og 3 holdes koncentrationen af NO konstant, mens koncentrationen af H2 fordobles. Som følge heraf blev den indledende reaktionshastighed også fordoblet (tænk på det som 21), så du kan konkludere y =1. For forsøg 1 og 2 fordobles koncentrationen af ​​NO, mens koncentrationen af ​​H2 forbliver konstant. Resultatet af denne ændring er, at den oprindelige sats blev firedoblet (tænk på det som 22). Du kan derfor konkludere x =2.

Hastighedsloven for denne reaktion er derfor:

Tilpasset fra https://www.chemteam.info/Kinetics/WS-Kinetics-method-of-initial-rates.html

Og reaktionen er første orden i H2 og anden orden i NEJ.