Zakon brzine za neelementarne reakcije

Kao što je objašnjeno u tekstu Zakon brzine kemijskih reakcija, jednadžba koja se koristi za predstavljanje zakona brzine reakcije dana je umnoškom konstante karakteristične za reakciju pri određenoj temperaturi i koncentracije reaktanata povišene na njihove odgovarajuće eksponenti: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Pogledajte primjer:

2NO_(g) → N₂O_{2 (g)}

Jednadžba za brzinu ove reakcije dana je: v = k. [NA]².

Znači li to da će u svim slučajevima eksponent koncentracije reaktanta biti točno jednak njegovom koeficijentu u reakciji?

Nemoj. To se dogodilo samo u ovom slučaju jer je riječ o elementarnoj reakciji, odnosno reakciji koja se odvija u jednom koraku, bez međuprodukata. U slučajevima kada reakcija nije elementarna, eksponente se mora odrediti eksperimentalno.Ali kako se to radi? I kako je moguće znati je li reakcija elementarna ili ne?

Pa, razmotrimo još jednu reakciju:

CO + NE₂ → CO₂ + NE

Recimo da je znanstvenik izvodio ovu reakciju nekoliko puta, mijenjajući koncentraciju reaktanata na različite načine, ali održavajući temperaturu konstantnom. Dobio je sljedeće podatke:

Imajte na umu da je od prvog do drugog koraka udvostručio koncentraciju CO, što nije promijenilo brzinu reakcije.

Stoga je eksponent ove tvari nula. Budući da je bilo koji broj podignut na nulu jednak 1, CO ne sudjeluje u jednadžbi brzine reakcije.

Sad, pogledajte da se od drugog pokusa do trećeg koncentracija NO udvostručila₂, zbog čega se brzina reakcije učetverostručila.

Dakle, eksponent koncentracije ove tvari u jednadžbi za brzinu reakcija jednak je 2 (4/2).

Na taj način doznajemo koja je jednadžba za brzinu ove reakcije: v = k. [NA₂]².

Imajte na umu da u ovom slučaju eksponent u jednadžbi nije bio jednak koeficijentu u reakciji. Stoga možemo zaključiti da ova reakcija nije elementarna. Nakon eksperimentalne provjere zakona brzine, znanstvenik bi tada trebao predložiti mehanizam koji objasnio je ovu reakciju, odnosno trebao bi predložiti niz koraka u skladu s eksperimentalnim podacima o tome postupak.

Predložen je sljedeći mehanizam:

Faza 1 (polako):  NA_{2 (g)} + NE_{2 (g)} → NE_{3 (g)} + NE_(g)
Korak 2 (brzi):NA_{3 (g)} + CO_(g) → CO_{2 (g)} + NE_{2 (g)}

Globalna jednadžba:CO + NE₂ → CO₂ + NE

Vidite da se zakon eksperimentalne brzine podudara s najsporijim korakom:

v_globalno = v_{polagan korak}

k. [NA₂]² = k. [NA₂]. [NA₂]

To nam pokazuje da će u bilo kojem mehanizmu faza koja određuje brzinu razvoja reakcije uvijek biti polagan korak, to jest, brzina razvoja globalne reakcije bit će proporcionalna samo koncentracijama reagensa koji su sudjelovali u polaganom koraku.

Važno je pravilno odrediti te eksponente jer će oni biti ti koji će ukazati na redoslijed reakcije.

Napisala Jennifer Fogaça
Diplomirao kemiju

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