Hastighedslov for ikke-elementære reaktioner

Som forklaret i teksten Lov om hastighed for kemiske reaktioner, ligningen, der bruges til at repræsentere loven for en reaktionshastighed, er givet af konstantens produkt karakteristisk for reaktionen ved en given temperatur og koncentrationerne af reaktanterne hævet til deres respektive eksponenter: v = k. [DET]^α. [B]^β.

Se et eksempel:

2NO_(g) → N₂O_{2 (g)}

Ligningen for hastigheden af ​​denne reaktion er givet ved: v = k. [VED]².

Betyder dette, at eksponenten for koncentrationen af ​​reaktanten i alle tilfælde vil være nøjagtigt lig med dens koefficient i reaktionen?

Lade være med. Dette skete kun i dette tilfælde, fordi det er en elementær reaktion, det vil sige, det er en reaktion, der finder sted i et enkelt trin uden mellemliggende forbindelser. I tilfælde, hvor reaktionen ikke er elementær, skal eksponenterne bestemmes eksperimentelt.Men hvordan gøres dette? Og hvordan er det muligt at vide, om reaktionen er elementær eller ej?

Lad os overveje en anden reaktion:

CO + NEJ₂ → CO₂ + NEJ

Lad os sige, at en videnskabsmand udførte denne reaktion flere gange ved at ændre koncentrationen af ​​reaktanterne på forskellige måder, men holde temperaturen konstant. Han opnåede følgende data:

Bemærk, at han fra det første til det andet trin fordoblede CO-koncentrationen, hvilket ikke ændrede reaktionshastigheden.

Derfor er eksponenten for dette stof nul. Da ethvert tal hævet til nul er lig med 1, deltager CO ikke i reaktionshastighedsligningen.

Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)

Se nu, at fra 2. eksperiment til 3. fordobledes NO-koncentrationen₂, hvilket fik reaktionshastigheden til at fordobles.

Således er eksponenten for koncentrationen af ​​dette stof i ligningen for reaktionshastigheden lig med 2 (4/2).

På denne måde finder vi ud af, hvad ligningen for denne reaktions hastighed er: v = k. [VED₂]².

Bemærk, at i dette tilfælde var eksponenten i ligningen ikke lig med koefficienten i reaktionen. Derfor kan vi konkludere, at denne reaktion ikke er elementær. Efter eksperimentelt at kontrollere loven om hastighed, skal videnskabsmanden derefter foreslå en mekanisme, der forklarede denne reaktion, det vil sige, den skulle foreslå et sæt trin, der er i overensstemmelse med de eksperimentelle data i dette behandle.

Følgende mekanisme blev foreslået:

Trin 1 (langsom):  VED_{2 (g)} + NEJ_{2 (g)} → NEJ_{3 (g)} + NEJ_(g)
Trin 2 (hurtig):VED_{3 (g)} + CO_(g) → CO_{2 (g)} + NEJ_{2 (g)}

Global ligning:CO + NEJ₂ → CO₂ + NEJ

Se, at loven om eksperimentel hastighed falder sammen med det langsomste trin:

v_global = v_{langsomt trin}

k. [VED₂]² = k. [VED₂]. [VED₂]

Dette viser os, at i enhver mekanisme vil det trin, der bestemmer udviklingshastigheden for en reaktion, altid være det langsomt trin, dvs. udviklingshastigheden for den globale reaktion vil kun være proportional med koncentrationerne af de reagenser, der deltog i det langsomme trin.

Det er vigtigt at bestemme disse eksponenter korrekt, fordi det er dem, der angiver rækkefølgen af ​​reaktionen.

Af Jennifer Fogaça
Uddannet i kemi

Vil du henvise til denne tekst i et skole- eller akademisk arbejde? Se:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Lov om hastighed for ikke-elementære reaktioner"; Brasilien skole. Tilgængelig i: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm. Adgang til 27. juni 2021.