Mga Rate sa Reaksyon ug mga Rate Law: Giunsa sa Konsentrasyon Pagkontrol sa Kapaspas

Pagsukod kung unsa ka paspas ang reaksyon

Ang rate sa reaksyon mao ang kausaban sa konsentrasyon sa reactant o produkto matag yunit sa panahon, kasagaran sa mol L⁻¹ s⁻¹. Ang mga konsentrasyon sa reactant mous-os samtang nagdagan ang reaksyon, busa negatibo ang ilang kausaban. Ang minus nga timaan ibutang sa atubangan sa mga termino sa reactant aron ang matag rate i-report isip positibo nga numero.

Ang average rate mao ang kausaban sa konsentrasyon sulod sa usa ka time interval nga gibahin sa gitas-on sa maong interval. Ang instantaneous rate mao ang slope sa tangent sa concentration–time curve sa usa ka higayon. Ang initial rate mao ang instantaneous rate sa time zero, sa dili pa motigom ang mga produkto. Alang sa kadaghanan sa mga reaksyon mous-os ang rate samtang molabay ang panahon, tungod kay nagamit ang mga reactant.

Ang konsentrasyon usa sa pipila ka hinungdan nga nagtakda sa rate. Ang temperatura, mga catalyst, ang surface area sa solido nga reactant, ug ang kemikal nga kinaiya sa mga reactant importante usab. Gipabilin niining giya nga makanunayon ang temperatura ug nag-focus sa konsentrasyon; ang epekto sa temperatura mao ang hilisgutan sa giya sa activation energy.

Usa ka reaksyon, usa ka rate: pagbahin sa mga coefficient

Ang lain-laing species sa parehas nga reaksyon mausab sa lain-laing kapaspas, proporsyonal sa ilang mga coefficient. Aron mahatag ang usa ka rate alang sa tibuok reaksyon, bahina ang rate sa kausaban sa matag species sa coefficient niini. Alang sa aA + bB → cC + dD, ang rate sa reaksyon mao ang −(1/a)Δ[A]/Δt = −(1/b)Δ[B]/Δt = (1/c)Δ[C]/Δt = (1/d)Δ[D]/Δt.

Nasulbad nga ehemplo 1. Sa decomposition nga 2 N₂O₅(g) → 4 NO₂(g) + O₂(g), ang nitrogen dioxide naporma sa 6.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ sa usa ka higayon. Ang rate sa reaksyon (1/4)(6.0 × 10⁻⁵) = 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹. Ang N₂O₅ nagamit sa doble sa rate sa reaksyon, 3.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹, ug ang O₂ naporma sa rate sa reaksyon, 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹. Ang tanang upat ka pahayag naghulagway sa parehas nga panghitabo.

Ang parehas nga pagtala molihok alang sa mga average rate. Ibutang, isip ilustrasyon, nga ang [N₂O₅] mous-os gikan sa 0.0200 mol/L ngadto sa 0.0169 mol/L sulod sa unang 300 s. Ang average rate sa pagkonsumo sa N₂O₅ mao ang (0.0200 − 0.0169)/300 s = 1.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹. Ang pagkuha (subtraction) mobilin og duha ra ka mahinungdanong digit, busa ang resulta adunay duha. Sulod sa parehas nga interval ang NO₂ naporma sa doble sa wala gi-round nga average rate, 2 × 1.03 × 10⁻⁵ = 2.1 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.

Pagsulat sa rate law: rate constant ug mga reaction order

Ang rate law nagpahayag sa rate isip produkto sa mga konsentrasyon nga gipataas sa mga gahum: rate = k[A]ᵐ[B]ⁿ. Ang rate constant nga k espesipiko sa usa ka reaksyon sa usa ka temperatura ug wala magdepende sa konsentrasyon. Ang mga exponent nga m ug n mao ang mga reaction order kalabot sa A ug B, ug ang ilang suma mao ang overall order. Ang mga order kasagaran 0, 1 o 2, apan ang fractional ug negatibo nga mga order naobserbahan usab.

Ang matag order mosulti kanimo kung giunsa pagtubag sa rate sa kausaban sa usa ka konsentrasyon. Kung ang reaksyon zero order sa A, ang pag-usab sa [A] walay epekto sa rate. Kung first order, ang pagdoble sa [A] modoble sa rate. Kung second order, ang pagdoble sa [A] mopadaghan sa rate og 2² = 4. Alang sa rate = k[A]²[B], ang pagdoble sa [A] samtang gitunga ang [B] mousab sa rate og factor nga 2² × ½ = 2.

Ang mga order kinahanglang sukdon. Ang OpenStax section 12.3 naghatag sa reaksyon nga NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g) isip ehemplo: ang rate law niini mao ang rate = k[NO₂]², second order sa NO₂ ug zero order sa CO, bisan pa nga ang matag reactant adunay coefficient nga 1.

Method of initial rates, lakang sa lakang

Ang method of initial rates nagpadagan sa parehas nga reaksyon sa makadaghang higayon sa usa ka temperatura, nag-usab og usa ka sinugdang konsentrasyon matag higayon, ug nagsukod sa rate sa pinakasugod sa matag dagan.

Nasulbad nga ehemplo 2. Ang datos dinhi ilustrasyon, gihimo alang sa praktis. Alang sa A + 2 B → mga produkto, tulo ka dagan ang mohatag og: trial 1, [A] = 0.0100 mol/L ug [B] = 0.0100 mol/L, initial rate 2.40 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; trial 2, [A] = 0.0150 mol/L ug [B] = 0.0100 mol/L, rate 5.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; trial 3, [A] = 0.0100 mol/L ug [B] = 0.0300 mol/L, rate 7.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹.

Ang [A] lamang ang mausab tali sa trial 1 ug 2, og factor nga 1.50, ug ang rate mosaka og factor nga 2.208. Sulbara ang 2.208 = 1.50ᵐ gamit ang mga logarithm: m = ln 2.208 / ln 1.50 = 1.95. Ang gisukod nga mga rate adunay eksperimental nga sayop, busa ang bili nga ingon ka duol sa tibuok nga numero i-round: m = 2. Ang [B] lamang ang mausab tali sa trial 1 ug 3, og factor nga 3.00, ug ang rate mosaka og 3.04, busa n = ln 3.04 / ln 3.00 = 1.01, nga mo-round ngadto sa 1. Ang rate law mao ang rate = k[A]²[B], third order sa kinatibuk-an. Matikdi nga ang B adunay coefficient nga 2 sa equation apan first order.

Karon pangitaa ang k gikan sa matag trial: k = rate / ([A]²[B]). Ang tulo ka bili mao ang 2.40, 2.36 ug 2.43 L² mol⁻² s⁻¹, nga adunay mean nga 2.40, busa i-report ang k = 2.4 L² mol⁻² s⁻¹. Gamita kini sa pagtagna sa rate kung [A] = 0.0200 mol/L ug [B] = 0.0250 mol/L: rate = 2.4 × (0.0200)² × 0.0250 = 2.4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.

• Pili og duha ka trial diin usa ra ka konsentrasyon ang mausab.
• Bahina ang mas dako nga rate sa mas gamay ug ang katugbang nga mga konsentrasyon sa parehas nga paagi. Dayon sulbara: rate ratio = (concentration ratio) gipataas sa gahum sa order.
• I-round ang matag order ngadto sa makatarunganon nga bili (integer, o usahay ½) ug balika alang sa ubang mga reactant.
• Kalkulaha ang k gikan sa matag trial ug i-average ang mga resulta, imbes nga mosalig sa usa ka dagan.

Ang mga yunit sa k nagpadayag sa overall order

Ang rate kanunay adunay mga yunit sa konsentrasyon matag panahon, busa ang mga yunit sa k kinahanglang maghimo nga balanse ang rate law. Uban sa mga konsentrasyon sa mol/L ug panahon sa segundo, ang k adunay mga yunit nga (mol/L)¹⁻ⁿ s⁻¹, diin ang n mao ang overall order. Ang pagbasa sa mga yunit sa gihatag nga rate constant usa ka dali nga paagi sa pag-ila sa overall order sa reaksyon.

• Zero order: mol L⁻¹ s⁻¹.
• First order: s⁻¹, walay yunit sa konsentrasyon gayud.
• Second order: L mol⁻¹ s⁻¹.
• Third order: L² mol⁻² s⁻¹, sama sa nasulbad nga ehemplo 2.

Nganong ang balanse nga equation dili makahatag sa mga order

Kadaghanan sa mga reaksyon mahitabo pinaagi sa sunodsunod nga mas yano nga mga panghitabo nga gitawag og elementary step, nga sa tingub naghimo sa mekanismo. Alang sa usa ka elementary step, ug alang lamang sa usa, ang rate law mahimong isulat gikan sa mga coefficient sa lakang: ang lakang diin duha ka NO₂ nga molecule ang magbangga second order sa NO₂. Ang gidaghanon sa mga partikulo nga magbangga sa usa ka lakang mao ang molecularity niini.

Ang labing hinay nga lakang sa mekanismo naglimite sa kinatibuk-ang rate ug gitawag og rate-determining step. Ang OpenStax section 12.6 nagpatin-aw sa NO₂ + CO nga rate law sa ingon niini nga paagi. Ang hinay nga unang lakang, NO₂ + NO₂ → NO₃ + NO, gisundan sa paspas nga lakang, NO₃ + CO → NO₂ + CO₂. Ang duha ka lakang kung idugang mohatag sa kinatibuk-ang equation. Ang CO mosulod lamang human sa hinay nga lakang, busa ang konsentrasyon niini dili makita sa rate law. Ang balanse nga kinatibuk-ang equation naghulagway kung unsay nakonsumo ug napatungha, dili kung giunsa pagkahitabo sa reaksyon, mao nga ang mga order kinahanglang sukdon.

Mga sayop sa rate law ug unsaon pagsalo niini

Kadaghanan sa mga sayop sa mga problema sa kinetics naggikan sa pagbasa sa balanse nga equation nga daw rate law kini, o sa pagtratar sa rate sa matag species isip parehas nga numero.

• Pagkuha sa mga reaction order gikan sa mga coefficient sa kinatibuk-ang equation. Ang mga order naggikan sa datos o sa nahibaloan nga mekanismo.
• Pagkalimot sa pagbahin sa mga coefficient kung mag-convert sa rate sa usa ka species ngadto sa rate sa lain.
• Pagbiya sa minus nga timaan sa rate sa reactant ug pagreport og negatibo nga rate sa reaksyon.
• Pagtandi sa duha ka trial diin labaw sa usa ka konsentrasyon ang nausab nga dungan.
• Pagkalkula sa k nga walay mga yunit. Ang mga yunit niini mopamatuod kung husto ba ang overall order.
• Pag-round sa gisukod nga order nga 1.95 ngadto sa 1.9 imbes nga 2. Ang datos gikan sa mga eksperimento talagsa ra mohatag og eksakto nga mga integer.