Закон за скоростта за неелементарни реакции

Както е обяснено в текста Закон за скоростта на химичните реакции, уравнението, използвано за представяне на закона за скоростта на реакцията, се дава от произведението на константата характеристика на реакцията при определена температура и концентрациите на реагентите, повишени до съответните им експоненти: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Вижте пример:

2НО_(ж) → N₂О_{2 (g)}

Уравнението за скоростта на тази реакция се дава от: v = k. [НА]².

Означава ли това, че във всички случаи степента на концентрация на реагента ще бъде точно равна на неговия коефициент в реакцията?

Недей. Това се е случило само в този случай, защото това е елементарна реакция, тоест това е реакция, която протича в една стъпка, без междинни съединения. В случаите, когато реакцията не е елементарна, експонентите трябва да се определят експериментално.Но как се прави това? И как е възможно да разберем дали реакцията е елементарна или не?

Е, нека помислим за друга реакция:

CO + NO₂ → CO₂ + НЕ

Да предположим, че учен е извършил тази реакция няколко пъти, променяйки концентрацията на реагентите по различни начини, но поддържайки температурата постоянна. Той получи следните данни:

Обърнете внимание, че от първата до втората стъпка той удвои концентрацията на CO, което не променя скоростта на реакцията.

Следователно степента на това вещество е нула. Тъй като всяко число, повдигнато на нула, е равно на 1, CO не участва в уравнението на скоростта на реакцията.

Сега вижте, че от втория експеримент до третия концентрацията на NO се е удвоила₂, което доведе до четворна скорост на реакцията.

По този начин степента на концентрация на това вещество в уравнението за скоростта на реакциите е равна на 2 (4/2).

По този начин откриваме какво е уравнението за скоростта на тази реакция: v = k. [НА₂]².

Обърнете внимание, че в този случай степента в уравнението не е равна на коефициента в реакцията. Следователно можем да заключим, че тази реакция не е елементарна. След експериментална проверка на закона за скоростта, ученият трябва да предложи механизъм, който обясни тази реакция, т.е. трябва да предложи набор от стъпки, съответстващи на експерименталните данни за това процес.

Предложен е следният механизъм:

Етап 1 (бавен):  НА_{2 (g)} + НЕ_{2 (g)} → НЕ_{3 (g)} + НЕ_(ж)
Стъпка 2 (бърза):НА_{3 (g)} + СО_(ж) → CO_{2 (g)} + НЕ_{2 (g)}

Глобално уравнение:CO + NO₂ → CO₂ + НЕ

Вижте, че законът на експерименталната скорост съвпада с най-бавната стъпка:

v_{глобален} = v_{бавна стъпка}

к. [НА₂]² = k. [НА₂]. [НА₂]

Това ни показва, че във всеки механизъм етап, който определя степента на развитие на реакцията, винаги ще бъде бавна стъпка, т.е. скоростта на развитие на глобалната реакция ще бъде пропорционална само на концентрациите на реагентите, участвали в бавната стъпка.

Важно е правилно да се определят тези експоненти, защото те са тези, които ще посочат реда на реакцията.

От Дженифър Фогаса
Завършва химия

Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm