Kiiruseadus mitteelementaarsete reaktsioonide jaoks

Nagu tekstis selgitatud Keemiliste reaktsioonide kiiruse seadus, reaktsiooni kiiruse seaduse esitamiseks kasutatud võrrandi annab konstandi korrutis reaktsioonile teatud temperatuuril ja reageerivate ainete kontsentratsioonidele vastavateks eksponendid: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Vaadake näidet:

2NO_g) → N₂O_{2 g)}

Selle reaktsiooni kiiruse võrrandi annab: v = k. [JUURES]².

Kas see tähendab, et kõigil juhtudel on reagendi kontsentratsiooni eksponent täpselt võrdne selle koefitsiendiga reaktsioonis?

Ära. See juhtus ainult sel juhul, kuna see on elementaarne reaktsioon, see tähendab reaktsioon, mis toimub ühes etapis ilma vaheühenditeta. Juhtudel, kui reaktsioon pole elementaarne, tuleb eksponendid määrata katseliselt.Aga kuidas seda tehakse? Ja kuidas on võimalik teada saada, kas reaktsioon on elementaarne või mitte?

Vaatame veel ühte reaktsiooni:

CO + EI₂ → CO₂ + EI

Oletame, et teadlane sooritas seda reaktsiooni mitu korda, muutes reagentide kontsentratsiooni erineval viisil, kuid hoides temperatuuri konstantsena. Ta sai järgmised andmed:

Pange tähele, et esimesest kuni teise etapini kahekordistas ta CO kontsentratsiooni, mis ei muutnud reaktsioonikiirust.

Seetõttu on selle aine eksponent null. Kuna mis tahes nullini tõstetud arv on võrdne 1, ei osale CO reaktsioonikiiruse võrrandis.

Nüüd vaadake, et alates 2. katsest kuni kolmandani NO kontsentratsioon kahekordistus₂, mis põhjustas reaktsioonikiiruse neljakordistumise.

Seega on selle aine kontsentratsiooni eksponent reaktsioonide kiiruse võrrandis 2 (4/2).

Sel viisil saame teada, mis on selle reaktsiooni kiiruse võrrand: v = k. [JUURES₂]².

Pange tähele, et sel juhul ei olnud võrrandi eksponent võrdne reaktsiooni koefitsiendiga. Seetõttu võime järeldada, et see reaktsioon pole elementaarne. Pärast kiiruse seaduse eksperimentaalset kontrollimist peaks teadlane siis välja pakkuma mehhanismi, mis selgitas seda reaktsiooni, see tähendab, et ta peaks pakkuma välja sammude komplekti, mis oleks kooskõlas selle katseandmetega protsess.

Pakuti välja järgmine mehhanism:

1. etapp (aeglane):  JUURES_{2 g)} + EI_{2 g)} → EI_{3 g)} + EI_g)
2. samm (kiire):JUURES_{3 g)} + CO_g) → CO_{2 g)} + EI_{2 g)}

Globaalne võrrand:CO + EI₂ → CO₂ + EI

Vaadake, et eksperimentaalse kiiruse seadus langeks kokku kõige aeglasema sammuga:

v_globaalne = v_{aeglane samm}

k. [JUURES₂]² = k. [JUURES₂]. [JUURES₂]

See näitab meile, et mis tahes mehhanismi korral on reaktsiooni arengukiiruse määrav etapp alati aeglane sammsee tähendab, et globaalse reaktsiooni arengukiirus on proportsionaalne ainult aeglases etapis osalenud reagentide kontsentratsioonidega.

Oluline on need eksponendid õigesti määrata, sest just need näitavad reaktsiooni järjekorda.

Autor Jennifer Fogaça
Lõpetanud keemia

Allikas: Brasiilia kool - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm