Νόμος ταχύτητας για μη στοιχειώδεις αντιδράσεις

Όπως εξηγείται στο κείμενο Νόμος ταχύτητας χημικών αντιδράσεων, η εξίσωση που χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση του νόμου της ταχύτητας μιας αντίδρασης δίνεται από το προϊόν της σταθεράς χαρακτηριστικό της αντίδρασης σε μια ορισμένη θερμοκρασία και τις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων που αυξάνονται στα αντίστοιχα εκθέτες: v = κ. [Ο]^α. [ΣΙ]^β.

Δείτε ένα παράδειγμα:

2ΝΟ_(σολ) → Ν₂Ο_{2 (ζ)}

Η εξίσωση για την ταχύτητα αυτής της αντίδρασης δίνεται από: v = κ. [ΣΤΟ]².

Αυτό σημαίνει ότι σε όλες τις περιπτώσεις ο εκθέτης της συγκέντρωσης του αντιδρώντος θα είναι ακριβώς ίσος με τον συντελεστή του στην αντίδραση;

Μην. Αυτό συνέβη μόνο σε αυτήν την περίπτωση επειδή είναι μια στοιχειώδης αντίδραση, δηλαδή, είναι μια αντίδραση που λαμβάνει χώρα σε ένα μόνο στάδιο, χωρίς ενδιάμεσες ενώσεις. Σε περιπτώσεις όπου η αντίδραση δεν είναι στοιχειώδης, οι εκθέτες πρέπει να προσδιορίζονται πειραματικά.Αλλά πώς γίνεται αυτό; Και πώς είναι δυνατόν να γνωρίζουμε αν η αντίδραση είναι στοιχειώδης ή όχι;

Λοιπόν, ας εξετάσουμε μια άλλη αντίδραση:

CO + ΟΧΙ₂ → CO₂ + ΟΧΙ

Ας πούμε ότι ένας επιστήμονας πραγματοποίησε αυτήν την αντίδραση αρκετές φορές, αλλάζοντας τη συγκέντρωση των αντιδρώντων με διαφορετικούς τρόπους, αλλά διατηρώντας τη θερμοκρασία σταθερή. Έλαβε τα ακόλουθα δεδομένα:

Σημειώστε ότι από το πρώτο έως το δεύτερο βήμα, διπλασίασε τη συγκέντρωση CO, η οποία δεν άλλαξε το ρυθμό αντίδρασης.

Επομένως, ο εκφραστής αυτής της ουσίας είναι μηδέν. Δεδομένου ότι οποιοσδήποτε αριθμός αυξάνεται στο μηδέν ισούται με 1, το CO δεν συμμετέχει στην εξίσωση του ρυθμού αντίδρασης.

Τώρα, δείτε ότι από το 2ο πείραμα έως το 3ο η συγκέντρωση ΝΟ διπλασιάστηκε₂, που προκάλεσε την ταχύτητα της αντίδρασης τετραπλασιασμού.

Έτσι, ο εκφραστής της συγκέντρωσης αυτής της ουσίας στην εξίσωση για τον ρυθμό αντιδράσεων είναι ίσος με 2 (4/2).

Με αυτόν τον τρόπο, ανακαλύπτουμε ποια είναι η εξίσωση για την ταχύτητα αυτής της αντίδρασης: v = κ. [ΣΤΟ₂]².

Σημειώστε ότι σε αυτήν την περίπτωση ο εκθέτης στην εξίσωση δεν ήταν ίσος με τον συντελεστή στην αντίδραση. Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτή η αντίδραση δεν είναι στοιχειώδης. Αφού πειραματικά επαληθεύσει το νόμο της ταχύτητας, ο επιστήμονας θα πρέπει στη συνέχεια να προτείνει έναν μηχανισμό που εξήγησε αυτήν την αντίδραση, δηλαδή, θα πρέπει να προτείνει ένα σύνολο βημάτων σύμφωνα με τα πειραματικά δεδομένα αυτού επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Προτείνεται ο ακόλουθος μηχανισμός:

Στάδιο 1 (αργό):  ΣΤΟ_{2 (ζ)} + ΟΧΙ_{2 (ζ)} → ΟΧΙ_{3 (ζ)} + ΟΧΙ_(σολ)
Βήμα 2 (γρήγορο):ΣΤΟ_{3 (ζ)} + CO_(σολ) → CO_{2 (ζ)} + ΟΧΙ_{2 (ζ)}

Παγκόσμια εξίσωση:CO + ΟΧΙ₂ → CO₂ + ΟΧΙ

Δείτε ότι ο νόμος της πειραματικής ταχύτητας συμπίπτει με το πιο αργό βήμα:

β_{παγκόσμια} = ν_{αργό βήμα}

κ. [ΣΤΟ₂]² = κ. [ΣΤΟ₂]. [ΣΤΟ₂]

Αυτό μας δείχνει ότι, σε οποιονδήποτε μηχανισμό, το στάδιο που καθορίζει το ρυθμό ανάπτυξης μιας αντίδρασης θα είναι πάντα το αργό βήμα, δηλαδή, ο ρυθμός ανάπτυξης της παγκόσμιας αντίδρασης θα είναι ανάλογος μόνο με τις συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων που συμμετείχαν στο αργό βήμα.

Είναι σημαντικό να προσδιορίσετε σωστά αυτούς τους εκθέτες, διότι αυτοί θα δείξουν τη σειρά της αντίδρασης.

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm