Zákon rychlosti pro neelementární reakce

Jak je vysvětleno v textu Zákon rychlosti chemických reakcí, rovnice použitá k vyjádření zákona o rychlosti reakce je dána součinem konstanty charakteristika reakce při určité teplotě a koncentrace reaktantů zvýšené na jejich příslušnou hodnotu exponenty: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Viz příklad:

2NO_(G) → N₂Ó_{2 (g)}

Rovnice pro rychlost této reakce je dána vztahem: v = k. [NA]².

Znamená to, že ve všech případech bude exponent koncentrace reaktantu přesně stejný s jeho koeficientem v reakci?

Ne. Stalo se to pouze v tomto případě, protože se jedná o elementární reakci, to znamená, že jde o reakci, která probíhá v jednom kroku, bez meziproduktů. V případech, kdy reakce není elementární, musí být exponenty stanoveny experimentálně.Ale jak se to dělá? A jak je možné zjistit, zda je reakce elementární nebo ne?

Zvažme další reakci:

CO + NO₂ → CO₂ + NE

Řekněme, že vědec tuto reakci provedl několikrát, změnil koncentraci reaktantů různými způsoby, ale udržoval konstantní teplotu. Získal následující údaje:

Všimněte si, že od prvního do druhého kroku zdvojnásobil koncentraci CO, což nezměnilo rychlost reakce.

Proto je exponent této látky nulový. Protože libovolné číslo zvednuté na nulu se rovná 1, CO se neúčastní rovnice reakční rychlosti.

Nyní uvidíte, že od 2. experimentu do 3. se koncentrace NO zdvojnásobila₂, což způsobilo čtyřnásobnou rychlost reakce.

Exponent koncentrace této látky v rovnici pro rychlost reakcí je tedy roven 2 (4/2).

Tímto způsobem zjistíme, jaká je rovnice pro rychlost této reakce: v = k. [NA₂]².

Všimněte si, že v tomto případě exponent v rovnici nebyl roven koeficientu v reakci. Můžeme tedy dojít k závěru, že tato reakce není elementární. Po experimentálním ověření zákona rychlosti by měl vědec navrhnout mechanismus, který by to umožnil vysvětlil tuto reakci, to znamená, že by měl navrhnout soubor kroků v souladu s experimentálními údaji o tom proces.

Byl navržen následující mechanismus:

Fáze 1 (pomalá):  NA_{2 (g)} + NE_{2 (g)} → NE_{3 (g)} + NE_(G)
Krok 2 (rychlý):NA_{3 (g)} + CO_(G) → CO_{2 (g)} + NE_{2 (g)}

Globální rovnice:CO + NO₂ → CO₂ + NE

Podívejte se, že zákon experimentální rychlosti se shoduje s nejpomalejším krokem:

proti_globální = v_{pomalý krok}

k. [NA₂]² = k. [NA₂]. [NA₂]

To nám ukazuje, že v jakémkoli mechanismu bude vždy ta fáze, která určuje rychlost vývoje reakce pomalý krok, to znamená, že rychlost vývoje globální reakce bude úměrná pouze koncentrací reagencií, které se účastnily pomalého kroku.

Je důležité správně určit tyto exponenty, protože to jsou ti, kteří budou označovat pořadí reakce.

Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii

Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm