Sebességtörvény a nem elemi reakciókhoz

Amint azt a szövegben kifejtjük A kémiai reakciók sebességének törvénye, a reakció sebességének törvényét ábrázoló egyenletet az állandó szorzata adja jellemző a reakció egy bizonyos hőmérsékleten és a reagensek koncentrációja a megfelelő hőmérsékletre kitevők: v = k. [A]^α. [B]^β.

Lásd egy példát:

2NO_g) → N₂O_{2. g)}

A reakció sebességének egyenletét a következők adják meg: v = k. [AT]².

Ez azt jelenti, hogy minden esetben a reagens koncentrációjának kitevője pontosan megegyezik a reakció együtthatójával?

Ne. Ez csak ebben az esetben történt, mert ez egy elemi reakció, vagyis egyetlen lépésben lejátszódó reakció, köztes vegyületek nélkül. Azokban az esetekben, amikor a reakció nem elemi, a kitevőket kísérletileg kell meghatározni.De hogyan történik ez? És hogyan lehet tudni, hogy a reakció elemi vagy sem?

Nézzük meg egy másik reakciót:

CO + NO₂ → CO₂ + NEM

Tegyük fel, hogy egy tudós többször is elvégezte ezt a reakciót, különböző módon változtatva a reagensek koncentrációját, de állandó hőmérsékleten tartva. A következő adatokat szerezte meg:

Megjegyezzük, hogy az elsőtől a második lépésig megduplázta a CO-koncentrációt, ami nem változtatta meg a reakció sebességét.

Ezért ennek az anyagnak a kitevője nulla. Mivel bármely nullára emelt szám egyenlő 1-vel, a CO nem vesz részt a reakciósebesség-egyenletben.

Most nézzük meg, hogy a 2. kísérlettől a harmadikig a NO koncentráció megduplázódott₂, ami a reakciósebesség megnégyszereződését okozta.

Így az anyag koncentrációjának kitevője a reakciósebesség egyenletében 2 (4/2).

Ily módon megtudjuk, mi a reakció sebességének egyenlete: v = k. [A₂]².

Megjegyezzük, hogy ebben az esetben az egyenletben szereplő kitevő nem volt egyenlő a reakció együtthatójával. Ezért arra a következtetésre juthatunk, hogy ez a reakció nem elemi. A sebesség törvényének kísérleti ellenőrzése után a tudósnak javaslatot kell tennie egy mechanizmusra elmagyarázta ezt a reakciót, vagyis javaslatot kell tennie az ennek kísérleti adataival összhangban álló lépésekre folyamat.

A következő mechanizmust javasolták:

1. szakasz (lassú):  A_{2. g)} + NEM_{2. g)} → NEM_{3. g)} + NEM_g)
2. lépés (gyors):A_{3. g)} + CO_g) → CO_{2. g)} + NEM_{2. g)}

Globális egyenlet:CO + NO₂ → CO₂ + NEM

Lásd, hogy a kísérleti sebesség törvénye egybeesik a leglassabb lépéssel:

v_globális = v_{lassú lépés}

k. [A₂]² = k. [A₂]. [A₂]

Ez azt mutatja számunkra, hogy bármely mechanizmusban a reakció fejlődési sebességét meghatározó szakasz mindig az lesz lassú lépésazaz a globális reakció fejlődési sebessége csak a lassú lépésben részt vevő reagensek koncentrációival lesz arányos.

Fontos, hogy ezeket a kitevőket helyesen határozzuk meg, mert ezek jelzik a reakció sorrendjét.

Írta: Jennifer Fogaça
Kémia szakon végzett

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