Mga Rate han Reaksyon ngan mga Rate Law: Paonan-o an Konsentrasyon Nagkokontrol han Kadasig

Pagsukod kun gaano kadasig an reaksyon

An rate han reaksyon amo an pagbag-o ha konsentrasyon han reactant o produkto kada yunit han oras, kasagaran ha mol L⁻¹ s⁻¹. An mga konsentrasyon han reactant naubos samtang nadalagan an reaksyon, salit negatibo an ira pagbag-o. Ginbubutang an minus nga timaan ha atubangan han mga termino han reactant basi an kada rate ma-report sugad nga positibo nga numero.

An average nga rate amo an pagbag-o ha konsentrasyon ha usa nga interval han oras nga ginbahin ha kahaba hito nga interval. An instantaneous nga rate amo an slope han tangent ha concentration–time nga curve ha usa nga higayon. An initial rate amo an instantaneous nga rate ha oras nga sero, antes magtipon an mga produkto. Para ha kadam-an nga reaksyon naubos an rate samtang nalabay an oras, tungod kay nauusik an mga reactant.

An konsentrasyon usa ha pira nga factor nga nagtatakda han rate. An temperatura, mga catalyst, an surface area han solido nga reactant, ngan an kemikal nga kinaiya han mga reactant mahinungdanon liwat. Ini nga giya nagtitipig nga konstante an temperatura ngan nakatutok ha konsentrasyon; an epekto han temperatura amo an tema han giya han activation energy.

Usa nga reaksyon, usa nga rate: pagbahin ha mga koepisyente

An lain-lain nga species ha pariho nga reaksyon nagbabag-o ha lain-lain nga kadasig, proportional ha ira mga koepisyente. Basi maghatag hin usa nga rate para ha bug-os nga reaksyon, bahina an rate han pagbag-o han kada species ha koepisyente hini. Para ha aA + bB → cC + dD, an rate han reaksyon amo an −(1/a)Δ[A]/Δt = −(1/b)Δ[B]/Δt = (1/c)Δ[C]/Δt = (1/d)Δ[D]/Δt.

Halimbawa nga gin-solbar 1. Ha decomposition nga 2 N₂O₅(g) → 4 NO₂(g) + O₂(g), an nitrogen dioxide nahihimo ha 6.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹ ha usa nga higayon. An rate han reaksyon (1/4)(6.0 × 10⁻⁵) = 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹. An N₂O₅ nauusik ha doble han rate han reaksyon, 3.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹, ngan an O₂ nahihimo ha rate han reaksyon, 1.5 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹. An ngatanan nga upat nga pahayag naghuhulagway han pariho nga panhitabo.

An pariho nga pagrekord nagagana para ha average nga mga rate. Kunohay, sugad nga ilustrasyon, nga an [N₂O₅] naubos tikang 0.0200 mol/L ngadto 0.0169 mol/L ha syahan nga 300 s. An average nga rate han pag-usik han N₂O₅ amo an (0.0200 − 0.0169)/300 s = 1.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹. An pagkuha nagbibilin la hin duha nga mahinungdanon nga digit, salit duha an iya han resulta. Ha pariho nga interval an NO₂ nahihimo ha doble han diri gin-round nga average nga rate, 2 × 1.03 × 10⁻⁵ = 2.1 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.

Pagsulat hin rate law: rate constant ngan mga order han reaksyon

An rate law nagpapahayag han rate sugad nga produkto han mga konsentrasyon nga ginpataas ha mga puwersa: rate = k[A]ᵐ[B]ⁿ. An rate constant nga k espesipiko ha usa nga reaksyon ha usa nga temperatura ngan diri nagdepende ha konsentrasyon. An mga exponent nga m ngan n amo an mga order han reaksyon may kalabotan ha A ngan B, ngan an ira kabug-osan amo an overall nga order. An mga order kasagaran 0, 1 o 2, kundi naoobserbahan liwat an fractional ngan negatibo nga mga order.

An kada order nagsisiring ha imo kun paonan-o an rate nagreresponde ha pagbag-o han usa nga konsentrasyon. Kun an reaksyon zero order ha A, an pagbag-o han [A] waray epekto ha rate. Kun first order, an pagdoble han [A] nagdodoble han rate. Kun second order, an pagdoble han [A] nagmumultiplikar han rate hin 2² = 4. Para ha rate = k[A]²[B], an pagdoble han [A] samtang ginbabahin ha katunga an [B] nagbabag-o han rate hin factor nga 2² × ½ = 2.

An mga order kinahanglan sukdon. An OpenStax section 12.3 naghahatag han reaksyon nga NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g) sugad nga halimbawa: an rate law hini amo an rate = k[NO₂]², second order ha NO₂ ngan zero order ha CO, bisan kun an kada reactant may koepisyente nga 1.

Method of initial rates, lakang-lakang

An method of initial rates nagpapadagan han pariho nga reaksyon hin pira ka beses ha usa nga temperatura, nagbabag-o hin usa nga sinugdan nga konsentrasyon kada higayon, ngan nagsusukod han rate ha pinakasinugdan han kada pagpadagan.

Halimbawa nga gin-solbar 2. An datos dinhi ilustratibo, ginhimo para ha praktis. Para ha A + 2 B → mga produkto, tulo nga pagpadagan an naghahatag: trial 1, [A] = 0.0100 mol/L ngan [B] = 0.0100 mol/L, initial rate 2.40 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; trial 2, [A] = 0.0150 mol/L ngan [B] = 0.0100 mol/L, rate 5.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹; trial 3, [A] = 0.0100 mol/L ngan [B] = 0.0300 mol/L, rate 7.30 × 10⁻⁶ mol L⁻¹ s⁻¹.

An [A] la an nagbabag-o tali han trial 1 ngan 2, hin factor nga 1.50, ngan an rate natataas hin factor nga 2.208. Solbara an 2.208 = 1.50ᵐ gamit an mga logarithm: m = ln 2.208 / ln 1.50 = 1.95. An ginsukod nga mga rate may dara nga eksperimental nga sayop, salit an bili nga sugad hini kaharani ha bug-os nga numero gin-ro-round: m = 2. An [B] la an nagbabag-o tali han trial 1 ngan 3, hin factor nga 3.00, ngan an rate natataas hin 3.04, salit n = ln 3.04 / ln 3.00 = 1.01, nga nagigin 1 kun i-round. An rate law amo an rate = k[A]²[B], third order ha kabug-osan. Tan-awa nga an B may koepisyente nga 2 ha ekwasyon kundi first order.

Karon pangitaa an k tikang ha kada trial: k = rate / ([A]²[B]). An tulo nga bili amo an 2.40, 2.36 ngan 2.43 L² mol⁻² s⁻¹, nga may mean nga 2.40, salit i-report an k = 2.4 L² mol⁻² s⁻¹. Gamita ini basi tagnaon an rate kun [A] = 0.0200 mol/L ngan [B] = 0.0250 mol/L: rate = 2.4 × (0.0200)² × 0.0250 = 2.4 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹.

• Pili hin duha nga trial nga usa la nga konsentrasyon an nagbabag-o.
• Bahina an mas dako nga rate ha mas gutiay ngan an sumarang nga mga konsentrasyon ha pariho nga paagi. Unya solbara: rate ratio = (ratio han konsentrasyon) nga ginpataas ha puwersa han order.
• I-round an kada order ngadto ha makatadunganon nga bili (integer, o usahay ½) ngan ulita para ha iba nga mga reactant.
• Kuwentaha an k tikang ha kada trial ngan i-average an mga resulta, imbes nga sumarig ha usa la nga pagpadagan.

An mga yunit han k nagpapakita han overall nga order

An rate kanunay may mga yunit han konsentrasyon kada oras, salit an mga yunit han k kinahanglan maghimo nga balanse an rate law. Kun an mga konsentrasyon ha mol/L ngan an oras ha mga segundo, an k may mga yunit nga (mol/L)¹⁻ⁿ s⁻¹, kun diin an n amo an overall nga order. An pagbasa han mga yunit han hatag nga rate constant usa nga madali nga paagi basi hibaroan an overall nga order han reaksyon.

• Zero order: mol L⁻¹ s⁻¹.
• First order: s⁻¹, nga waray gud yunit han konsentrasyon.
• Second order: L mol⁻¹ s⁻¹.
• Third order: L² mol⁻² s⁻¹, sugad ha halimbawa nga gin-solbar 2.

Kay ano nga an balanse nga ekwasyon diri makakahatag han mga order

Kadam-an han mga reaksyon nahitatabo pinaagi hin sunod-sunod nga mas simple nga mga panhitabo nga gintatawag nga elementary step, nga dungan naghihimo han mekanismo. Para ha usa nga elementary step, ngan para la hito, an rate law puyde isulat tikang ha mga koepisyente han lakang: an lakang kun diin duha nga molekula han NO₂ an nagbanggaay second order ha NO₂. An kadamo han mga partikulo nga nagbabanggaay ha usa nga lakang amo an molecularity hini.

An pinakamahinay nga lakang ha mekanismo an naglilimitar han overall nga rate ngan gintatawag nga rate-determining step. An OpenStax section 12.6 nagpapaliwanag han rate law han NO₂ + CO ha sugad hini nga paagi. An mahinay nga syahan nga lakang, NO₂ + NO₂ → NO₃ + NO, sinusundan han madasig nga lakang, NO₃ + CO → NO₂ + CO₂. An duha nga lakang nagkakabug-os ngadto ha overall nga ekwasyon. An CO nasulod la kahuman han mahinay nga lakang, salit an konsentrasyon hini diri makikita ha rate law. An balanse nga overall nga ekwasyon naghuhulagway kun ano an nauusik ngan nahihimo, diri kun paonan-o nahitatabo an reaksyon, amo nga an mga order kinahanglan sukdon.

Mga sayop ha rate law ngan paonan-o hira dakpon

Kadam-an han mga sayop ha mga problema han kinetics tikang ha pagbasa han balanse nga ekwasyon nga ingon hin rate law, o tikang ha pagtrato han rate han kada species sugad nga pariho nga numero.

• Pagkuha han mga order han reaksyon tikang ha mga koepisyente han overall nga ekwasyon. An mga order tikang ha datos o tikang ha kilala nga mekanismo.
• Pagkalimot pagbahin ha mga koepisyente kun nagko-convert han rate han usa nga species ngadto ha rate han lain.
• Pagkawara han minus nga timaan ha rate han reactant ngan pag-report hin negatibo nga rate han reaksyon.
• Pagkumpara hin duha nga trial nga labaw ha usa nga konsentrasyon an dungan nga nagbag-o.
• Pagkuwenta han k nga waray mga yunit. An mga yunit hini an nagpapamatuod kun husto an overall nga order.
• Pag-round han ginsukod nga order nga 1.95 ngadto ha 1.9 imbes nga 2. An datos tikang ha mga eksperimento talagsa la naghahatag hin eksakto nga mga integer.