Chemija · Pamoka

Greičio dėsniai, reakcijos eilė ir greičio konstantos

Nustatykite priklausomybę nuo koncentracijos, lygindami pradinius reakcijos greičius kontroliuojamomis sąlygomis. Empirines reakcijos eiles atskirkite nuo bendrosios reakcijos lygties stechiometrinių koeficientų.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Nustatyti reakcijos eiles, vienu metu lyginant tik vienos medžiagos koncentracijos pokyčio poveikį.
Apskaičiuoti k ir nurodyti greičio lygtį atitinkančius matavimo vienetus.
Nurodyti sąlygas ir intervalą, kuriuose galioja empirinė lygtis.

Greičio lygtis apibendrina patikrintą priklausomybę

Dažna empirinės lygties forma yra r = k[A]^m[B]^n. Laipsnio rodikliai m ir n yra reakcijos eilės A ir B atžvilgiu, o jų suma yra bendroji šios formos reakcijos eilė. Jie nustatomi eksperimentais konkrečiam reakcijos režimui. Bendrosios subalansuotos reakcijos lygties koeficientai savaime nenusako šių laipsnio rodiklių.

Reakcijos eilės gali būti nulinės, trupmeninės ar neigiamos, taip pat lygios teigiamiems sveikiesiems skaičiams. Nulinė eilė reiškia, kad tirtu režimu greitis yra apytikriai nepriklausomas nuo tos koncentracijos. Tai nereiškia, kad ši cheminė dalelė nedalyvauja cheminiuose procesuose, ir negarantuoja vienodo greičio esant bet kokiai koncentracijai, įskaitant nulinę.

Keiskite vieną koncentraciją, kitas išlaikydami pastovias

Mūsų sukurtoje hipotetinėje pradinių reakcijos greičių lentelėje temperatūra, terpė ir kitos svarbios sąlygos išlieka vienodos. Padvigubinus [A] nuo 0.100 iki 0.200 mol L⁻¹ ir išlaikant pastovią [B], r padidėja nuo 0.00100 iki 0.00400 mol L⁻¹ s⁻¹. Taigi 2^m = 4, o m = 2.

Atskirame palyginime, padvigubinus [B] nuo 0.100 iki 0.200 mol L⁻¹ ir išlaikant pastovią [A], r padvigubėja iki 0.00200 mol L⁻¹ s⁻¹. Todėl 2^n = 2, o n = 1. Šios paprastos vertės yra pateikti užduoties duomenys; atliekant tikrą eksperimentą būtų įvertinama matavimo neapibrėžtis ir tikrinamas pakartojamumas.

Nustatykite kiekvieną reakcijos eilę kontroliuojamu palyginimu

Bandymas	[A] / mol L⁻¹	[B] / mol L⁻¹	Pradinis r / mol L⁻¹ s⁻¹
1	0.100	0.100	0.00100
2	0.200	0.100	0.00400
3	0.100	0.200	0.00200

Originalūs hipotetiniai pradiniai reakcijos greičiai esant vienodai temperatūrai, terpei ir kitoms sąlygoms. A atveju palyginkite 1–2 eilutes, o B atveju – 1–3 eilutes. Vertės yra išgalvoti, tikslų dėsningumą atitinkantys užduoties duomenys, o ne tikro eksperimento rezultatai.

k vienetai priklauso nuo greičio lygties

Šiai lentelei r = k[A]²[B], o bendroji reakcijos eilė yra 3. Įstačius pirmosios eilutės duomenis, gaunama k = 0.00100/(0.100² × 0.100) = 1.00 L² mol⁻² s⁻¹. Šiuos vienetus padauginus iš koncentracijos vienetų trečiojo laipsnio, vėl gaunama mol L⁻¹ s⁻¹.

Pirmosios eilės koncentracijos kitimo greičio dėsnyje k vienetai yra s⁻¹. Greičio konstantų, kurių vienetai skiriasi, negalima rikiuoti vien pagal jų skaitines vertes. Visada aiškiai nurodykite, ar r yra medžiagos sunaudojimo greitis, ar pagal stechiometriją normuotas reakcijos greitis.

Iš duomenų nustatyta konstanta galioja nurodytomis sąlygomis

Prasminga k vertė nepriklauso nuo jos greičio dėsnyje nurodytų koncentracijų, kai temperatūra, tirpiklis, katalizatorius ir kitos svarbios sąlygos išlieka pastovios. Pakeitus šias sąlygas arba peržengus ištirto intervalo ribas, gali pasikeisti k arba dėsnio forma.

Sėkmingas dėsnio pritaikymas duomenims liudija apie priklausomybę nuo koncentracijos, bet nėra vienareikšmis molekulinio mechanizmo įrodymas. Skirtingi mechanizmai gali lemti tą patį empirinį dėsnį. Papildomi kinetiniai, spektroskopiniai ar kiti duomenys gali padėti juos atskirti.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Nustatykite greičio dėsnį ir jo konstantą

Naudodamiesi trimis hipotetiniais pradinio greičio bandymais, nustatykite m, n ir k dėsnyje r = k[A]^m[B]^n.

Eilutės 1 ir 2: A koncentracija padvigubėja, o B koncentracija nekinta; greitis padidėja keturis kartus, todėl m = 2.
Eilutės 1 ir 3: B koncentracija padvigubėja, o A koncentracija nekinta; greitis padvigubėja, todėl n = 1.
Naudokite eilutę 1: k = 0.00100/(0.100² × 0.100) = 1.00.
Greičio vienetus padalijus iš koncentracijos vienetų, pakeltų trečiuoju laipsniu, gaunami L² mol⁻² s⁻¹.

r = k[A]²[B], o šiomis nurodytomis sąlygomis k = 1.00 L² mol⁻² s⁻¹.

Pabandykite patys

Ar suminės išlygintos reakcijos lygties koeficientai gali automatiškai tapti laipsnio rodikliais empiriniame greičio dėsnyje?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Bendrąją reakcijos eilę reikia nustatyti konkrečiam režimui; etapas, aiškiai nurodytas kaip elementarusis, turi atskirą molekulinę interpretaciją.
Padvigubinus tik A koncentraciją, pagal laipsninį modelį reakcijos greitis padidėja keturis kartus. Kokia yra reakcijos eilė A atžvilgiu?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Antrosios eilės.
2² = 4.
Kokia yra bendroji reakcijos eilė, kai r = k[A]²[B]?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Trečiosios eilės.
Sudėkite laipsnių rodiklius: 2 + 1 = 3.
Ar nulinė reakcijos eilė B atžvilgiu įrodo, kad B galima pašalinti nepaveikiant cheminių procesų esant bet kokiai koncentracijai?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Stebimas nepriklausomumas galioja tik nurodytame režime.

Ką verta įsidėmėti

Nustatykite reakcijos eiles remdamiesi kontroliuojamais palyginimais.
Atskirkite empiriškai nustatytą reakcijos eilę nuo suminės stechiometrijos.
Nustatykite k matavimo vienetus pagal apibrėžtą reakcijos greitį ir koncentracijų laipsnius.
Išsaugokite dėsnio sąlygas ir tirtą intervalą.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.