Równanie kinetyczne reakcji chemicznej

Równanie tempa (lub prawo tempa) jest równaniem stosowanym do obliczania szybkości reakcji chemicznej. Dla reakcji ogólnej aA + bB → C równanie szybkości jest równaniem:

r = k [ A ] x [ B ] y {\i1} y {\i1}displaystyle r\i0};=\i0};k[\i0}[\i1}]^{\i1}[\i1}]^{\i0} $r\;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}$

Tutaj, [A] i [B] są stężeniami A i B. x i y zależnymi od tego, który krok jest określany wskaźnikiem. Jeśli mechanizm reakcji jest bardzo prosty, gdzie A i B uderzają w siebie, a następnie przechodzą do produktów przez jeden stan przejściowy, to x=a i y=b. k jest stałą szybkości reakcji. Zmienia się ona wraz z temperaturą, ciśnieniem i innymi warunkami.

Równanie tempa jest równaniem różnicowym. Jeśli jest ono zintegrowane, to jest to równanie, które mówi, jak stężenie odczynników i produktów zmienia się w czasie.

W szczególnych przypadkach, bardzo łatwo jest rozwiązać równanie i znaleźć k. Na przykład, w reakcji pierwszego rzędu równanie jest:

r = - d [ A ] d t = k [ A ] {\i1} {\i1}-{\i1}frac {\i1}{\i1}=k[A]} $r=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]$

Integracja daje:

ln [ A ] = - k t + ln [ A ] 0 {\i1} {\i1} {\i1}-kt+ {\i1}} $\ \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}}$

Więc, wykres ln [ A ] {\i1} {\i1} $\ln {[A]}$ {\i1}przeciwko czasu t daje linię prostą o nachyleniu - k {\i1} {\i1}k $-k$ .

Czasami można przeprowadzić eksperymenty, aby reakcja wyglądała na pierwszą w kolejności. Jeśli stężenie jednego odczynnika jest utrzymywane na tym samym wysokim poziomie, to można je uznać za stałe. Równanie staje się r = k [ A ] [ B ] = k ′ [ A ] {\i1} {\i1}stystylu r=k[A][B]=k'[A]} $r=k[A][B]=k'[A]$ gdzie k' jest stałą pseudo-pierwszego rzędu. Wtedy powyższa metoda może być użyta do obliczenia k'.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest równanie tempa?

O: Równanie szybkości (lub prawo szybkości) jest równaniem używanym do obliczania szybkości reakcji chemicznej. Uwzględnia ono stężenia reagentów i produktów, a także inne warunki, takie jak temperatura i ciśnienie.

P: Jak można obliczyć stałą szybkości reakcji?

O: W szczególnych przypadkach można rozwiązać równanie różniczkowe i znaleźć k przez całkowanie. Na przykład, w reakcji pierwszego rzędu, wykres ln[A] w zależności od czasu t da linię prostą o nachyleniu -k.

P: Co reprezentują x i y w ogólnym wzorze reakcji?

O: x i y zależą od tego, który etap decyduje o szybkości reakcji. Jeżeli mechanizm reakcji jest bardzo prosty, gdzie A i B uderzają w siebie, a następnie przechodzą do produktów poprzez jeden stan przejściowy, wtedy x=a i y=b.

P: Czy istnieje inny sposób obliczania k, jeżeli jeden z reagentów ma wysokie stężenie?

O: Tak, jeżeli jeden z reagentów ma wysokie stężenie, które można uznać za stałe, wówczas staje się ono tak zwaną stałą szybkości pseudo-pierwszego rzędu (k'). Można to również wykorzystać do obliczenia k'.

P: Jak temperatura wpływa na stałą szybkości?

O: Stała szybkości zmienia się w zależności od temperatury, ciśnienia i innych warunków.

P: Jakim rodzajem równania jest równanie szybkości?

A: Równanie szybkości reakcji jest równaniem różniczkowym.