ဓာတ်ပြုနှုန်းများနှင့် နှုန်းဥပဒေများ- ပြင်းအားက အမြန်နှုန်းကို မည်သို့ ထိန်းချုပ်သနည်း

ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခု မည်မျှ မြန်သည်ကို တိုင်းတာခြင်း

ဓာတ်ပြုနှုန်းသည် ယူနစ်အချိန်တစ်ခုလျှင် ဓာတ်ပြုပစ္စည်း သို့မဟုတ် ထုတ်ကုန်တစ်ခု၏ ပြင်းအားပြောင်းလဲမှု ဖြစ်ပြီး များသောအားဖြင့် mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြင့် ဖော်ပြသည်။ ဓာတ်ပြုမှု ဆက်ဖြစ်နေစဉ် ဓာတ်ပြုပစ္စည်း ပြင်းအားများ ကျဆင်းသောကြောင့် ၎င်းတို့၏ ပြောင်းလဲမှုသည် အနုတ် ဖြစ်သည်။ နှုန်းတိုင်းကို အပေါင်းကိန်းအဖြစ် ဖော်ပြနိုင်ရန် ဓာတ်ပြုပစ္စည်း ပုဒ်မများ၏ ရှေ့တွင် အနုတ်သင်္ကေတကို ထားသည်။

ပျမ်းမျှနှုန်းသည် အချိန်ကာလတစ်ခုအတွင်း ပြင်းအားပြောင်းလဲမှုကို ထိုကာလ၏ အရှည်ဖြင့် စားထားခြင်း ဖြစ်သည်။ ချက်ချင်းနှုန်းသည် အချိန်တစ်ခုတွင် ပြင်းအား–အချိန် မျဉ်းကွေး၏ တန်းဂျင့်မျဉ်း၏ စောင်းမှု ဖြစ်သည်။ ကနဦးနှုန်းသည် ထုတ်ကုန်များ မစုပုံမီ အချိန်သုညရှိ ချက်ချင်းနှုန်း ဖြစ်သည်။ ဓာတ်ပြုမှုအများစုအတွက် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများ ကုန်ခမ်းလာသောကြောင့် အချိန်ကြာလာသည်နှင့်အမျှ နှုန်း ကျဆင်းသည်။

ပြင်းအားသည် နှုန်းကို သတ်မှတ်သော အချက်များစွာထဲမှ တစ်ခု ဖြစ်သည်။ အပူချိန်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၊ အစိုင်အခဲ ဓာတ်ပြုပစ္စည်း၏ မျက်နှာပြင်ဧရိယာနှင့် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများ၏ ဓာတုသဘာဝတို့လည်း အရေးပါသည်။ ဤလမ်းညွှန်သည် အပူချိန်ကို ပုံသေထားပြီး ပြင်းအားကို အာရုံစိုက်သည်၊ အပူချိန်၏ သက်ရောက်မှုသည် အက်တီဗေးရှင်းစွမ်းအင် လမ်းညွှန်၏ အကြောင်းအရာ ဖြစ်သည်။

ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခု၊ နှုန်းတစ်ခု- ကိန်းများဖြင့် စားခြင်း

တူညီသော ဓာတ်ပြုမှုရှိ မတူညီသော အမျိုးအစားများသည် ၎င်းတို့၏ ကိန်းများနှင့် အချိုးကျစွာ မတူညီသော အမြန်နှုန်းများဖြင့် ပြောင်းလဲသည်။ ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုလုံးအတွက် နှုန်းတစ်ခုတည်း ပေးရန် အမျိုးအစားတစ်ခုစီ၏ ပြောင်းလဲမှုနှုန်းကို ၎င်း၏ ကိန်းဖြင့် စားပါ။ aA + bB → cC + dD အတွက် ဓာတ်ပြုနှုန်းမှာ −(1/a)Δ[A]/Δt = −(1/b)Δ[B]/Δt = (1/c)Δ[C]/Δt = (1/d)Δ[D]/Δt ဖြစ်သည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 1။ ပြိုကွဲမှု 2 N₂O₅(g) → 4 NO₂(g) + O₂(g) တွင် အချိန်တစ်ခု၌ နိုက်ထရိုဂျင်ဒိုင်အောက်ဆိုက်သည် 6.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြင့် ဖွဲ့စည်းနေသည်။ ဓာတ်ပြုနှုန်းမှာ (1/4)(6.0 × 10⁻⁵) = 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြစ်သည်။ N₂O₅ သည် ဓာတ်ပြုနှုန်း၏ နှစ်ဆဖြစ်သော 3.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြင့် ကုန်ခမ်းပြီး O₂ သည် ဓာတ်ပြုနှုန်း 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြင့် ဖွဲ့စည်းသည်။ ဖော်ပြချက် လေးခုလုံးသည် တူညီသော ဖြစ်ရပ်ကို ဖော်ပြသည်။

တူညီသော စာရင်းကိုင်မှုသည် ပျမ်းမျှနှုန်းများအတွက်လည်း အလုပ်ဖြစ်သည်။ ပုံဥပမာအဖြစ် ပထမ 300 s အတွင်း [N₂O₅] သည် 0.0200 mol/L မှ 0.0169 mol/L သို့ ကျဆင်းသည်ဟု ယူဆပါ။ N₂O₅ ကုန်ခမ်းမှု၏ ပျမ်းမျှနှုန်းမှာ (0.0200 − 0.0169)/300 s = 1.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြစ်သည်။ နုတ်ခြင်းက အရေးပါသော ဂဏန်း နှစ်လုံးသာ ချန်ထားသောကြောင့် ရလဒ်တွင် နှစ်လုံး ရှိသည်။ တူညီသော ကာလအတွင်း NO₂ သည် အနီးစပ်ဆုံး မယူရသေးသော ပျမ်းမျှနှုန်း၏ နှစ်ဆဖြစ်သော 2 × 1.03 × 10⁻⁵ = 2.1 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ဖြင့် ဖွဲ့စည်းသည်။

နှုန်းဥပဒေကို ရေးခြင်း- နှုန်းကိန်းသေနှင့် ဓာတ်ပြုမှုအော်ဒါများ

နှုန်းဥပဒေသည် နှုန်းကို ထပ်ကိန်းတင်ထားသော ပြင်းအားများ၏ မြှောက်လဒ်အဖြစ် ဖော်ပြသည်- rate = k[A]ᵐ[B]ⁿ။ နှုန်းကိန်းသေ k သည် အပူချိန်တစ်ခုရှိ ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုအတွက် သီးသန့်ဖြစ်ပြီး ပြင်းအားပေါ်တွင် မမူတည်ပါ။ ထပ်ကိန်း m နှင့် n သည် A နှင့် B နှင့် စပ်လျဉ်းသော ဓာတ်ပြုမှုအော်ဒါများ ဖြစ်ပြီး ၎င်းတို့၏ ပေါင်းလဒ်သည် စုစုပေါင်းအော်ဒါ ဖြစ်သည်။ အော်ဒါများသည် များသောအားဖြင့် 0, 1 သို့မဟုတ် 2 ဖြစ်သော်လည်း အပိုင်းကိန်းနှင့် အနုတ် အော်ဒါများကိုလည်း တွေ့ရသည်။

အော်ဒါတစ်ခုစီက ပြင်းအားတစ်ခု ပြောင်းလဲမှုကို နှုန်းက မည်သို့ တုံ့ပြန်သည်ကို ပြောပြသည်။ ဓာတ်ပြုမှုသည် A တွင် သုညအော်ဒါ ဖြစ်လျှင် [A] ကို ပြောင်းခြင်းသည် နှုန်းအပေါ် သက်ရောက်မှု မရှိပါ။ ပထမအော်ဒါ ဖြစ်လျှင် [A] ကို နှစ်ဆလုပ်ခြင်းက နှုန်းကို နှစ်ဆ ဖြစ်စေသည်။ ဒုတိယအော်ဒါ ဖြစ်လျှင် [A] ကို နှစ်ဆလုပ်ခြင်းက နှုန်းကို 2² = 4 ဖြင့် မြှောက်သည်။ rate = k[A]²[B] အတွက် [B] ကို တစ်ဝက်လျှော့စဉ် [A] ကို နှစ်ဆလုပ်ခြင်းက နှုန်းကို 2² × ½ = 2 ဆ ပြောင်းလဲစေသည်။

အော်ဒါများကို တိုင်းတာရမည်။ OpenStax အပိုင်း 12.3 က ဓာတ်ပြုမှု NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g) ကို ဥပမာအဖြစ် ပေးသည်- ဓာတ်ပြုပစ္စည်းတစ်ခုစီတွင် ကိန်း 1 ရှိသော်လည်း ၎င်း၏ နှုန်းဥပဒေမှာ rate = k[NO₂]² ဖြစ်ပြီး NO₂ တွင် ဒုတိယအော်ဒါနှင့် CO တွင် သုညအော်ဒါ ဖြစ်သည်။

ကနဦးနှုန်းနည်း၊ အဆင့်လိုက်

ကနဦးနှုန်းနည်းသည် တူညီသော ဓာတ်ပြုမှုကို အပူချိန်တစ်ခုတွင် အကြိမ်များစွာ လုပ်ဆောင်ပြီး တစ်ကြိမ်လျှင် စတင်ပြင်းအားတစ်ခုသာ ပြောင်းကာ လုပ်ဆောင်မှုတစ်ခုစီ၏ အစတွင် နှုန်းကို တိုင်းတာသည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 2။ ဤနေရာရှိ ဒေတာများသည် လေ့ကျင့်ရန် တည်ဆောက်ထားသော ပုံဥပမာ ဒေတာများ ဖြစ်သည်။ A + 2 B → ထုတ်ကုန်များ အတွက် လုပ်ဆောင်မှု သုံးခုက ပေးသည်- စမ်းသပ်မှု 1၊ [A] = 0.0100 mol/L နှင့် [B] = 0.0100 mol/L၊ ကနဦးနှုန်း 2.40 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; စမ်းသပ်မှု 2၊ [A] = 0.0150 mol/L နှင့် [B] = 0.0100 mol/L၊ နှုန်း 5.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; စမ်းသပ်မှု 3၊ [A] = 0.0100 mol/L နှင့် [B] = 0.0300 mol/L၊ နှုန်း 7.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹။

စမ်းသပ်မှု 1 နှင့် 2 ကြားတွင် [A] သာ 1.50 ဆ ပြောင်းလဲပြီး နှုန်းသည် 2.208 ဆ မြင့်တက်သည်။ 2.208 = 1.50ᵐ ကို လော်ဂရစ်သမ်ဖြင့် ဖြေရှင်းပါ- m = ln 2.208 / ln 1.50 = 1.95။ တိုင်းတာထားသော နှုန်းများတွင် စမ်းသပ်မှုအမှား ပါဝင်သောကြောင့် ကိန်းပြည့်နှင့် ဤမျှ နီးသော တန်ဖိုးကို အနီးစပ်ဆုံး ယူသည်- m = 2။ စမ်းသပ်မှု 1 နှင့် 3 ကြားတွင် [B] သာ 3.00 ဆ ပြောင်းလဲပြီး နှုန်းသည် 3.04 ဆ မြင့်တက်သောကြောင့် n = ln 3.04 / ln 3.00 = 1.01 ဖြစ်ပြီး 1 သို့ အနီးစပ်ဆုံး ယူသည်။ နှုန်းဥပဒေမှာ rate = k[A]²[B] ဖြစ်ပြီး စုစုပေါင်း တတိယအော်ဒါ ဖြစ်သည်။ B တွင် ညီမျှခြင်း၌ ကိန်း 2 ရှိသော်လည်း ပထမအော်ဒါ ဖြစ်ကြောင်း သတိပြုပါ။

ယခု စမ်းသပ်မှုတစ်ခုစီမှ k ကို ရှာပါ- k = rate / ([A]²[B])။ တန်ဖိုး သုံးခုမှာ 2.40, 2.36 နှင့် 2.43 L² mol⁻² s⁻¹ ဖြစ်ပြီး ပျမ်းမျှ 2.40 ဖြစ်သောကြောင့် k = 2.4 L² mol⁻² s⁻¹ ဟု ဖော်ပြပါ။ [A] = 0.0200 mol/L နှင့် [B] = 0.0250 mol/L ဖြစ်သောအခါ နှုန်းကို ခန့်မှန်းရန် ၎င်းကို အသုံးပြုပါ- rate = 2.4 × (0.0200)² × 0.0250 = 2.4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹။

• ပြင်းအားတစ်ခုတည်းသာ ပြောင်းလဲသည့် စမ်းသပ်မှု နှစ်ခုကို ရွေးပါ။
• ပိုကြီးသော နှုန်းကို ပိုငယ်သော နှုန်းဖြင့် စားပြီး ကိုက်ညီသော ပြင်းအားများကိုလည်း ထိုနည်းအတိုင်း စားပါ။ ထို့နောက် ဖြေရှင်းပါ- နှုန်းအချိုး = (ပြင်းအားအချိုး) ကို အော်ဒါ ထပ်ကိန်းတင်ထားခြင်း။
• အော်ဒါတစ်ခုစီကို သင့်လျော်သော တန်ဖိုး (ကိန်းပြည့် သို့မဟုတ် ရံဖန်ရံခါ ½) သို့ အနီးစပ်ဆုံး ယူပြီး အခြားဓာတ်ပြုပစ္စည်းများအတွက် ထပ်လုပ်ပါ။
• လုပ်ဆောင်မှုတစ်ခုတည်းကို ယုံကြည်မည့်အစား စမ်းသပ်မှုတိုင်းမှ k ကို တွက်ချက်ပြီး ရလဒ်များကို ပျမ်းမျှယူပါ။

k ၏ ယူနစ်များက စုစုပေါင်းအော်ဒါကို ဖော်ပြသည်

နှုန်းတွင် အချိန်တစ်ခုလျှင် ပြင်းအား ယူနစ်များ အမြဲ ရှိသောကြောင့် k ၏ ယူနစ်များသည် နှုန်းဥပဒေကို ဟန်ချက်ညီစေရမည်။ ပြင်းအားများကို mol/L ဖြင့်နှင့် အချိန်ကို စက္ကန့်ဖြင့် ထားလျှင် k တွင် (mol/L)¹⁻ⁿ s⁻¹ ယူနစ်များ ရှိပြီး n သည် စုစုပေါင်းအော်ဒါ ဖြစ်သည်။ ပေးထားသော နှုန်းကိန်းသေ၏ ယူနစ်များကို ဖတ်ခြင်းသည် ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခု၏ စုစုပေါင်းအော်ဒါကို သိရန် အမြန်နည်းလမ်း ဖြစ်သည်။

• သုညအော်ဒါ- mol L⁻¹ s⁻¹။
• ပထမအော်ဒါ- s⁻¹၊ ပြင်းအားယူနစ် လုံးဝ မပါပါ။
• ဒုတိယအော်ဒါ- L mol⁻¹ s⁻¹။
• တတိယအော်ဒါ- နမူနာတွက်ချက်မှု 2 ကဲ့သို့ L² mol⁻² s⁻¹။

ချိန်ညှိထားသော ညီမျှခြင်းက အော်ဒါများကို မပေးနိုင်ရခြင်း အကြောင်းရင်း

ဓာတ်ပြုမှုအများစုသည် အခြေခံအဆင့်များဟု ခေါ်သော ပိုရိုးရှင်းသည့် ဖြစ်ရပ်များ၏ အစဉ်တစ်ခုမှတစ်ဆင့် ဖြစ်ပေါ်ပြီး ၎င်းတို့ စုပေါင်း၍ ယန္တရားကို ဖွဲ့စည်းသည်။ အခြေခံအဆင့် တစ်ခုတည်းအတွက်သာ နှုန်းဥပဒေကို အဆင့်၏ ကိန်းများမှ ရေးနိုင်သည်- NO₂ မော်လီကျူး နှစ်ခု တိုက်မိသော အဆင့်သည် NO₂ တွင် ဒုတိယအော်ဒါ ဖြစ်သည်။ အဆင့်တစ်ခုတွင် တိုက်မိသော အမှုန်အရေအတွက်သည် ၎င်း၏ မော်လီကျူလာရီတီ ဖြစ်သည်။

ယန္တရားတစ်ခုရှိ အနှေးဆုံးအဆင့်သည် စုစုပေါင်းနှုန်းကို ကန့်သတ်ပြီး နှုန်းဆုံးဖြတ်အဆင့်ဟု ခေါ်သည်။ OpenStax အပိုင်း 12.6 က NO₂ + CO နှုန်းဥပဒေကို ဤနည်းဖြင့် ရှင်းပြသည်။ နှေးသော ပထမအဆင့် NO₂ + NO₂ → NO₃ + NO နောက်တွင် မြန်သော အဆင့် NO₃ + CO → NO₂ + CO₂ လိုက်သည်။ အဆင့်နှစ်ခုကို ပေါင်းလျှင် စုစုပေါင်းညီမျှခြင်း ရသည်။ CO သည် နှေးသောအဆင့်ပြီးမှသာ ဝင်ရောက်သောကြောင့် ၎င်း၏ ပြင်းအားသည် နှုန်းဥပဒေတွင် မပေါ်ပါ။ ချိန်ညှိထားသော စုစုပေါင်းညီမျှခြင်းသည် ဘာကို သုံးစွဲပြီး ထုတ်လုပ်သည်ကို ဖော်ပြပြီး ဓာတ်ပြုမှု မည်သို့ ဖြစ်ပေါ်သည်ကို မဖော်ပြသောကြောင့် အော်ဒါများကို တိုင်းတာရသည်။

နှုန်းဥပဒေ ချော်ယွင်းမှုများနှင့် ၎င်းတို့ကို ဖမ်းမိပုံ

ဓာတ်ပြုနှုန်းဗေဒ ပုစ္ဆာများရှိ အမှားအများစုသည် ချိန်ညှိထားသော ညီမျှခြင်းကို နှုန်းဥပဒေကဲ့သို့ ဖတ်ခြင်း သို့မဟုတ် အမျိုးအစားတိုင်း၏ နှုန်းကို တူညီသော ကိန်းအဖြစ် သဘောထားခြင်းမှ လာသည်။

• ဓာတ်ပြုမှုအော်ဒါများကို စုစုပေါင်းညီမျှခြင်း၏ ကိန်းများမှ ယူခြင်း။ အော်ဒါများသည် ဒေတာမှ သို့မဟုတ် သိထားသော ယန္တရားမှ လာသည်။
• အမျိုးအစားတစ်ခု၏ နှုန်းကို အခြားတစ်ခု၏ နှုန်းသို့ ပြောင်းရာတွင် ကိန်းများဖြင့် စားရန် မေ့ခြင်း။
• ဓာတ်ပြုပစ္စည်း နှုန်းမှ အနုတ်သင်္ကေတကို ချန်ပြီး အနုတ်ဓာတ်ပြုနှုန်းကို ဖော်ပြခြင်း။
• ပြင်းအား တစ်ခုထက်ပို၍ တစ်ပြိုင်နက် ပြောင်းလဲခဲ့သော စမ်းသပ်မှု နှစ်ခုကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်း။
• ယူနစ်များမပါဘဲ k ကို တွက်ချက်ခြင်း။ ၎င်း၏ ယူနစ်များက စုစုပေါင်းအော်ဒါ မှန်မမှန်ကို အတည်ပြုပေးသည်။
• တိုင်းတာထားသော အော်ဒါ 1.95 ကို 2 အစား 1.9 သို့ အနီးစပ်ဆုံး ယူခြင်း။ စမ်းသပ်မှုများမှ ဒေတာသည် တိကျသော ကိန်းပြည့်များကို ရှားရှားပါးပါးသာ ပေးသည်။