ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතා සහ ශීඝ්‍රතා නියම: සාන්ද්‍රණය වේගය පාලනය කරන ආකාරය

ප්‍රතික්‍රියාවක් කෙතරම් වේගයෙන් සිදු වේද යන්න මැනීම

ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතාවක් යනු ඒකක කාලයකට ප්‍රතික්‍රියකයක හෝ ඵලයක සාන්ද්‍රණයේ වෙනසයි, සාමාන්‍යයෙන් mol L⁻¹ s⁻¹ වලින්. ප්‍රතික්‍රියාවක් සිදු වන විට ප්‍රතික්‍රියක සාන්ද්‍රණ අඩු වන බැවින්, ඒවායේ වෙනස සෘණ වේ. සෑම ශීඝ්‍රතාවක්ම ධන සංඛ්‍යාවක් ලෙස වාර්තා වන පරිදි ප්‍රතික්‍රියක පද ඉදිරියෙන් ඍණ ලකුණක් තබනු ලැබේ.

සාමාන්‍ය ශීඝ්‍රතාවක් යනු කාල ප්‍රාන්තරයක් තුළ සාන්ද්‍රණයේ වෙනස එම ප්‍රාන්තරයේ දිගින් බෙදූ අගයයි. ක්ෂණික ශීඝ්‍රතාවක් යනු එක් මොහොතකදී සාන්ද්‍රණ–කාල වක්‍රයට ඇති ස්පර්ශකයේ බෑවුමයි. ආරම්භක ශීඝ්‍රතාව යනු ඵල එකතු වීමට පෙර, ශුන්‍ය කාලයේදී ක්ෂණික ශීඝ්‍රතාවයි. බොහෝ ප්‍රතික්‍රියා සඳහා, ප්‍රතික්‍රියක භාවිතයෙන් අවසන් වන බැවින්, කාලය ගත වන විට ශීඝ්‍රතාව අඩු වේ.

ශීඝ්‍රතාව තීරණය කරන සාධක කිහිපයෙන් එකක් සාන්ද්‍රණයයි. උෂ්ණත්වය, උත්ප්‍රේරක, ඝන ප්‍රතික්‍රියකයක පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය සහ ප්‍රතික්‍රියක වල රසායනික ස්වභාවය ද වැදගත් වේ. මෙම මාර්ගෝපදේශය උෂ්ණත්වය නියතව තබා සාන්ද්‍රණය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි; උෂ්ණත්වයේ බලපෑම සක්‍රියන-ශක්ති මාර්ගෝපදේශයේ මාතෘකාවයි.

එක් ප්‍රතික්‍රියාවක්, එක් ශීඝ්‍රතාවක්: සංගුණක වලින් බෙදීම

එකම ප්‍රතික්‍රියාවේ විවිධ විශේෂ ඒවායේ සංගුණක වලට සමානුපාතිකව විවිධ වේගයන්ගෙන් වෙනස් වේ. සම්පූර්ණ ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා තනි ශීඝ්‍රතාවක් ලබා දීමට, එක් එක් විශේෂයේ වෙනස් වීමේ ශීඝ්‍රතාව එහි සංගුණකයෙන් බෙදන්න. aA + bB → cC + dD සඳහා, ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතාව −(1/a)Δ[A]/Δt = −(1/b)Δ[B]/Δt = (1/c)Δ[C]/Δt = (1/d)Δ[D]/Δt වේ.

විසඳූ උදාහරණය 1. 2 N₂O₅(g) → 4 NO₂(g) + O₂(g) වියෝජනයේදී, එක් මොහොතකදී නයිට්‍රජන් ඩයොක්සයිඩ් 6.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ශීඝ්‍රතාවකින් සෑදේ. ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතාව (1/4)(6.0 × 10⁻⁵) = 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ වේ. N₂O₅ ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතාව මෙන් දෙගුණයකින්, 3.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹, භාවිත වන අතර, O₂ ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතාවෙන්, 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹, සෑදේ. ප්‍රකාශ හතරම එකම සිදුවීම විස්තර කරයි.

එම ගිණුම්කරණයම සාමාන්‍ය ශීඝ්‍රතා සඳහාද ක්‍රියා කරයි. නිදර්ශනයක් ලෙස, පළමු 300 s තුළ [N₂O₅] 0.0200 mol/L සිට 0.0169 mol/L දක්වා අඩු වේ යැයි සිතන්න. N₂O₅ පරිභෝජනයේ සාමාන්‍ය ශීඝ්‍රතාව (0.0200 − 0.0169)/300 s = 1.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ වේ. අඩු කිරීමෙන් ඉතිරි වන්නේ සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකක් පමණක් බැවින්, ප්‍රතිඵලයට දෙකක් ඇත. එම ප්‍රාන්තරය තුළම NO₂ වටයා නොගත් සාමාන්‍ය ශීඝ්‍රතාව මෙන් දෙගුණයකින් සෑදේ, 2 × 1.03 × 10⁻⁵ = 2.1 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.

ශීඝ්‍රතා නියමයක් ලිවීම: ශීඝ්‍රතා නියතය සහ ප්‍රතික්‍රියා පෙළ

ශීඝ්‍රතා නියමයක් ශීඝ්‍රතාව බලවලට නැංවූ සාන්ද්‍රණ වල ගුණිතයක් ලෙස ප්‍රකාශ කරයි: ශීඝ්‍රතාව = k[A]ᵐ[B]ⁿ. ශීඝ්‍රතා නියතය k එක් උෂ්ණත්වයකදී එක් ප්‍රතික්‍රියාවකට විශේෂිත වන අතර සාන්ද්‍රණය මත රඳා නොපවතී. m සහ n ඝාතයන් A සහ B අනුබද්ධයෙන් ප්‍රතික්‍රියා පෙළ වන අතර, ඒවායේ එකතුව සමස්ත පෙළයි. පෙළ සාමාන්‍යයෙන් 0, 1 හෝ 2 වුවද, භාගික සහ සෘණ පෙළ ද නිරීක්ෂණය කෙරේ.

සෑම පෙළක්ම එක් සාන්ද්‍රණයක වෙනසකට ශීඝ්‍රතාව ප්‍රතිචාර දක්වන ආකාරය ඔබට කියයි. ප්‍රතික්‍රියාවක් A අනුබද්ධයෙන් ශුන්‍ය පෙළ නම්, [A] වෙනස් කිරීම ශීඝ්‍රතාවට කිසිදු බලපෑමක් නොකරයි. එය පළමු පෙළ නම්, [A] දෙගුණ කිරීමෙන් ශීඝ්‍රතාව දෙගුණ වේ. එය දෙවන පෙළ නම්, [A] දෙගුණ කිරීමෙන් ශීඝ්‍රතාව 2² = 4 කින් ගුණ වේ. ශීඝ්‍රතාව = k[A]²[B] සඳහා, [B] අඩක් කරන අතරතුර [A] දෙගුණ කිරීමෙන් ශීඝ්‍රතාව 2² × ½ = 2 සාධකයකින් වෙනස් වේ.

පෙළ මැනිය යුතුය. OpenStax 12.3 කොටස NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g) ප්‍රතික්‍රියාව උදාහරණයක් ලෙස දෙයි: සෑම ප්‍රතික්‍රියකයකටම 1 සංගුණකයක් තිබුණත්, එහි ශීඝ්‍රතා නියමය ශීඝ්‍රතාව = k[NO₂]² වන අතර, එය NO₂ අනුබද්ධයෙන් දෙවන පෙළ සහ CO අනුබද්ධයෙන් ශුන්‍ය පෙළ වේ.

ආරම්භක ශීඝ්‍රතා ක්‍රමය, පියවරෙන් පියවර

ආරම්භක ශීඝ්‍රතා ක්‍රමයේදී එකම ප්‍රතික්‍රියාව එක් උෂ්ණත්වයකදී කිහිප වරක් සිදු කරමින්, වරකට එක් ආරම්භක සාන්ද්‍රණයක් වෙනස් කර, එක් එක් ධාවනයේ ආරම්භයේදීම ශීඝ්‍රතාව මනිනු ලැබේ.

විසඳූ උදාහරණය 2. මෙහි ඇති දත්ත පුහුණුව සඳහා ගොඩනඟන ලද නිදර්ශන දත්ත වේ. A + 2 B → ඵල සඳහා, ධාවන තුනක් මෙසේ ලබා දෙයි: පරීක්ෂණය 1, [A] = 0.0100 mol/L සහ [B] = 0.0100 mol/L, ආරම්භක ශීඝ්‍රතාව 2.40 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; පරීක්ෂණය 2, [A] = 0.0150 mol/L සහ [B] = 0.0100 mol/L, ශීඝ්‍රතාව 5.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; පරීක්ෂණය 3, [A] = 0.0100 mol/L සහ [B] = 0.0300 mol/L, ශීඝ්‍රතාව 7.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹.

පරීක්ෂණ 1 සහ 2 අතර වෙනස් වන්නේ [A] පමණක් වන අතර, එය 1.50 සාධකයකින් වෙනස් වේ, සහ ශීඝ්‍රතාව 2.208 සාධකයකින් ඉහළ යයි. ලඝුගණක සමඟ 2.208 = 1.50ᵐ විසඳන්න: m = ln 2.208 / ln 1.50 = 1.95. මනින ලද ශීඝ්‍රතා වලට පර්යේෂණාත්මක දෝෂ ඇති බැවින්, පූර්ණ සංඛ්‍යාවකට මෙතරම් ආසන්න අගයක් වටයනු ලැබේ: m = 2. පරීක්ෂණ 1 සහ 3 අතර වෙනස් වන්නේ [B] පමණක් වන අතර, එය 3.00 සාධකයකින් වෙනස් වේ, සහ ශීඝ්‍රතාව 3.04 කින් ඉහළ යන බැවින්, n = ln 3.04 / ln 3.00 = 1.01, එය 1 ට වටයයි. ශීඝ්‍රතා නියමය ශීඝ්‍රතාව = k[A]²[B] වන අතර, සමස්තයක් ලෙස තුන්වන පෙළ වේ. සමීකරණයේ B ට 2 සංගුණකයක් තිබුණත් එය පළමු පෙළ බව සලකන්න.

දැන් එක් එක් පරීක්ෂණයෙන් k සොයන්න: k = ශීඝ්‍රතාව / ([A]²[B]). අගයන් තුන 2.40, 2.36 සහ 2.43 L² mol⁻² s⁻¹ වන අතර, මධ්‍යන්‍යය 2.40 වන බැවින්, k = 2.4 L² mol⁻² s⁻¹ ලෙස වාර්තා කරන්න. [A] = 0.0200 mol/L සහ [B] = 0.0250 mol/L වන විට ශීඝ්‍රතාව පුරෝකථනය කිරීමට එය භාවිත කරන්න: ශීඝ්‍රතාව = 2.4 × (0.0200)² × 0.0250 = 2.4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.

• එක් සාන්ද්‍රණයක් පමණක් වෙනස් වන පරීක්ෂණ දෙකක් තෝරා ගන්න.
• විශාල ශීඝ්‍රතාව කුඩා ශීඝ්‍රතාවෙන් බෙදා, ගැළපෙන සාන්ද්‍රණ ද එලෙසම බෙදන්න. ඉන්පසු විසඳන්න: ශීඝ්‍රතා අනුපාතය = (සාන්ද්‍රණ අනුපාතය) පෙළේ බලයට නැංවූ අගය.
• එක් එක් පෙළ සාධාරණ අගයකට (පූර්ණ සංඛ්‍යාවකට, හෝ ඉඳහිට ½ ට) වටයා අනෙක් ප්‍රතික්‍රියක සඳහා නැවත කරන්න.
• තනි ධාවනයක් විශ්වාස කරනවා වෙනුවට, සෑම පරීක්ෂණයකින්ම k ගණනය කර ප්‍රතිඵලවල සාමාන්‍යය ගන්න.

k හි ඒකක සමස්ත පෙළ හෙළි කරයි

ශීඝ්‍රතාවට සැමවිටම කාලයකට සාන්ද්‍රණ ඒකක ඇති බැවින්, k හි ඒකක ශීඝ්‍රතා නියමය තුලනය කළ යුතුය. mol/L වලින් සාන්ද්‍රණ සහ තත්පර වලින් කාලය සමඟ, k හි ඒකක (mol/L)¹⁻ⁿ s⁻¹ වේ, මෙහි n සමස්ත පෙළයි. දී ඇති ශීඝ්‍රතා නියතයක ඒකක කියවීම ප්‍රතික්‍රියාවක සමස්ත පෙළ හඳුනා ගැනීමට ඉක්මන් ක්‍රමයකි.

• ශුන්‍ය පෙළ: mol L⁻¹ s⁻¹.
• පළමු පෙළ: s⁻¹, කිසිදු සාන්ද්‍රණ ඒකකයක් නොමැතිව.
• දෙවන පෙළ: L mol⁻¹ s⁻¹.
• තුන්වන පෙළ: විසඳූ උදාහරණය 2 හි මෙන්, L² mol⁻² s⁻¹.

තුලිත සමීකරණයට පෙළ ලබා දිය නොහැක්කේ ඇයි

බොහෝ ප්‍රතික්‍රියා සිදු වන්නේ මූලික පියවර ලෙස හැඳින්වෙන සරල සිදුවීම් අනුපිළිවෙලක් හරහා වන අතර, ඒවා එක්ව යාන්ත්‍රණය සාදයි. තනි මූලික පියවරක් සඳහා, සහ එවැන්නක් සඳහා පමණක්, ශීඝ්‍රතා නියමය පියවරේ සංගුණක වලින් ලිවිය හැක: NO₂ අණු දෙකක් ගැටෙන පියවරක් NO₂ අනුබද්ධයෙන් දෙවන පෙළ වේ. පියවරක ගැටෙන අංශු ගණන එහි අණුකතාවයි.

යාන්ත්‍රණයක මන්දගාමීම පියවර සමස්ත ශීඝ්‍රතාව සීමා කරන අතර එය ශීඝ්‍රතා නිර්ණායක පියවර ලෙස හැඳින්වේ. OpenStax 12.6 කොටස NO₂ + CO ශීඝ්‍රතා නියමය මේ ආකාරයෙන් පැහැදිලි කරයි. මන්දගාමී පළමු පියවරක්, NO₂ + NO₂ → NO₃ + NO, ඊළඟට වේගවත් පියවරක්, NO₃ + CO → NO₂ + CO₂, අනුගමනය කරයි. පියවර දෙක එකතු වී සමස්ත සමීකරණය ලැබේ. CO ඇතුළු වන්නේ මන්දගාමී පියවරෙන් පසුව පමණක් බැවින්, එහි සාන්ද්‍රණය ශීඝ්‍රතා නියමයේ නොපෙනේ. තුලිත සමස්ත සමීකරණයක් විස්තර කරන්නේ පරිභෝජනය වන සහ නිපදවන දේ මිස ප්‍රතික්‍රියාව සිදු වන ආකාරය නොවන අතර, පෙළ මැනිය යුත්තේ එබැවිනි.

ශීඝ්‍රතා-නියම වැරදි සහ ඒවා අල්ලා ගන්නා ආකාරය

චාලක විද්‍යා ගැටලු වල බොහෝ වැරදි ඇති වන්නේ තුලිත සමීකරණය ශීඝ්‍රතා නියමයක් ලෙස කියවීමෙන්, හෝ සෑම විශේෂයකම ශීඝ්‍රතාව එකම සංඛ්‍යාව ලෙස සැලකීමෙනි.

• සමස්ත සමීකරණයක සංගුණක වලින් ප්‍රතික්‍රියා පෙළ ගැනීම. පෙළ පැමිණෙන්නේ දත්ත වලින් හෝ දන්නා යාන්ත්‍රණයකිනි.
• එක් විශේෂයක ශීඝ්‍රතාව තවත් විශේෂයක ශීඝ්‍රතාව බවට පරිවර්තනය කිරීමේදී සංගුණක වලින් බෙදීමට අමතක කිරීම.
• ප්‍රතික්‍රියක ශීඝ්‍රතාවකින් ඍණ ලකුණ අත්හැර සෘණ ප්‍රතික්‍රියා ශීඝ්‍රතාවක් වාර්තා කිරීම.
• සාන්ද්‍රණ එකකට වඩා එකවර වෙනස් වූ පරීක්ෂණ දෙකක් සැසඳීම.
• ඒකක නොමැතිව k ගණනය කිරීම. එහි ඒකක සමස්ත පෙළ නිවැරදිද යන්න තහවුරු කරයි.
• මනින ලද 1.95 පෙළක් 2 වෙනුවට 1.9 ට වටයීම. පර්යේෂණ දත්ත කලාතුරකින් නිශ්චිත පූර්ණ සංඛ්‍යා ලබා දෙයි.