Chemija · Pamoka

Reakcijų greičio matavimas ir duomenų interpretavimas

Iš koncentracijos pokyčio apskaičiuoti vidutinį greitį per laiko intervalą. Atskirti vienos cheminės medžiagos nykimo greitį nuo greičio, normuoto pagal užrašytą reakcijos lygtį.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Nustatyti koncentracijos pokytį per laiko intervalą, atsižvelgiant į jo ženklą ir matavimo vienetus.
Atskirti vidutinį ir momentinį greitį.
Taikyti stechiometrinius koeficientus pagal nurodytą pastovaus tūrio modelį.

Pradėkite nuo išmatuojamo dydžio

Reakcijos greitis nusako, kaip sparčiai vyksta cheminis pokytis. Naudingame eksperimente stebimas dydis, susijęs su reagentų ar produktų kiekiais, pavyzdžiui, kalibruotas šviesos sugerties signalas, dujų kiekis arba elektrinis laidumas. Kad prietaiso signalą būtų galima perskaičiuoti į koncentraciją, reikia tinkamo modelio arba kalibravimo.

Užrašykite sąlygas ir laiko skalę. Temperatūra, maišymas, slėgis, tūris ir medžiaga, iš kurios imamas mėginys, gali turėti įtakos interpretacijai. Originali koncentracijų lentelė gali padėti išmokti skaičiuoti, tačiau jos išgalvotų verčių nereikėtų pateikti kaip matavimais gautų įrodymų.

Baigtinis intervalas leidžia apskaičiuoti vidurkį

Jei reagento A koncentracija per 10.0 s sumažėja nuo 0.100 mol L⁻¹ iki 0.0800 mol L⁻¹, koncentracijos priklausomybės nuo laiko vidutinis nuolydis šiame intervale yra Δ[A]/Δt = −0.00200 mol L⁻¹ s⁻¹. Jo teigiamas vidutinis sunaudojimo greitis yra −Δ[A]/Δt = 0.00200 mol L⁻¹ s⁻¹. Produkto susidarymo greitis yra teigiamas, kai jo koncentracija didėja.

Momentinis greitis nustatomas pagal vietinį nuolydį konkrečiu laiko momentu. Du matavimai intervalo galuose leidžia apskaičiuoti vidutinį greitį tame intervale; jie neparodo, kad nuolydis išliko pastovus, ir neleidžia nustatyti tikslios jo vertės intervalo viduryje. Trumpesni intervalai ir tinkamas prie duomenų priderintas modelis gali padėti įvertinti vietinius greičius.

Prieš lygindami medžiagų kitimo greičius, užrašykite lygtį

Modelinei suminei reakcijai 2 A → B, vykstančiai esant pastoviam tūriui, apibrėžiame r = −(1/2)d[A]/dt = d[B]/dt, kai medžiagų koncentracijų pokyčius lemia tik ši reakcija ir joks besikaupiantis tarpinis junginys nepažeidžia šio balanso. Koncentracijos vienetais A sunaudojama du kartus greičiau, nei susidaro B, nors abu greičiai nusako tą patį normuotąjį reakcijos greitį.

Mūsų hipotetiniai intervalo pradžios ir pabaigos duomenys yra [A] = 0.100 → 0.0800 mol L⁻¹ ir [B] = 0.000 → 0.0100 mol L⁻¹ per 10.0 s. Vidutinis r yra 0.00100 mol L⁻¹ s⁻¹. Daugiklis 1/2 išplaukia iš užrašytos lygties; tai nėra savavališka matavimo prietaiso pataisa.

Dviejų medžiagų pokyčiai, vienas normuotasis reakcijos greitis

Dydis	Pradinė koncentracija / mol L⁻¹	Galutinė koncentracija / mol L⁻¹	Vidutinis teigiamas greitis / mol L⁻¹ s⁻¹
Sunaudota A	0.100	0.0800	0.00200
Susidaręs B	0.000	0.0100	0.00100
Užrašytos reakcijos greitis r	Naudoti tuos pačius du galinius taškus	Normuoti A sunaudojimą dalijant iš 2	0.00100

Originalus hipotetinis pastovaus tūrio 2 A → B pavyzdys per 10.0 s. Pokyčius lemia tik užrašyta reakcija; jokia tarpinė medžiaga nesikaupia. Pradinė ir galutinė vertės leidžia nustatyti vidutinius greičius per intervalą, o ne momentinius greičius.

Patikrinkite, ką iš tiesų reiškia koncentracijos pokytis

Kintant tūriui, koncentracija gali pasikeisti ir be atitinkamo medžiagos sunaudojimo cheminėje reakcijoje. Dėl šalutinių reakcijų ar besikaupiančių tarpinių junginių viena suminė lygtis taip pat gali neatitikti kiekvienos medžiagos koncentracijos momentinio nuolydžio. Tuomet gali prireikti greičio, apskaičiuoto pagal medžiagos kiekį moliais, kintamo tūrio balanso arba išsamesnio reakcijų tinklo.

Klausimą formuluokite tiksliai: kuri medžiaga, kuris intervalas, kokie vienetai ir kurios reakcijos atžvilgiu? Greičio skaičiavimas apibendrina nurodytus stebėjimus ir modelį. Pats savaime jis neatskleidžia molekulinių etapų sekos.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Normuokite vidutinį sunaudojimo greitį

Pagal nurodytą pastovaus tūrio 2 A → B modelį A koncentracija per 10.0 s sumažėja nuo 0.100 iki 0.0800 mol L⁻¹. Raskite vidutinį A sunaudojimo greitį ir normuotąjį vidutinį reakcijos greitį.

Koncentracijos sumažėjimas dėl sunaudojimo = 0.100 − 0.0800 = 0.0200 mol L⁻¹.
Padalykite iš 10.0 s ir gausite 0.00200 mol L⁻¹ s⁻¹.
Padalykite šį sunaudojimo greitį iš koeficiento 2.

A sunaudojimo greitis: 0.00200 mol L⁻¹ s⁻¹. Normuotasis r: 0.00100 mol L⁻¹ s⁻¹, lygus vidutiniam B susidarymo greičiui pagal šį modelį.

Pabandykite patys

Jei [A] laikui bėgant mažėja, koks yra koncentracijos priklausomybės nuo laiko nuolydžio ženklas?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Neigiamas.
Teigiamas sunaudojimo greitis gaunamas pakeitus šio mažėjimą rodančio nuolydžio ženklą.
Pagal nurodytą 2 A → B modelį A sunaudojama 0.00200 mol L⁻¹ s⁻¹ greičiu. Kam lygus normuotasis r?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
0.00100 mol L⁻¹ s⁻¹.
Padalykite A sunaudojimo greitį iš jos koeficiento 2.
Ar du koncentracijos matavimai leidžia nustatyti tikslų momentinį greitį intervalo viduryje?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Jų skirtumas leidžia nustatyti vidutinį greitį per intervalą; vietiniam kitimui nustatyti reikia daugiau duomenų arba modelio.
Ar kintantis tūris gali pakeisti koncentraciją net ir nesant cheminio sunaudojimo?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Taip.
Skaičiuojant koncentracijos kitimo greitį, būtina atsižvelgti į tūrio pokyčius, kai jie reikšmingi.

Ką verta įsidėmėti

Susiekite išmatuotą signalą su apibrėžtu cheminiu dydžiu.
Skirkite nuolydžius su ženklu nuo teigiamų sunaudojimo greičių.
Prieš normuodami nurodykite užrašytą reakcijos lygtį ir prielaidą apie tūrį.
Vien reakcijos greičio stebėjimas neleidžia nustatyti reakcijos mechanizmo.

Šaltiniai

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