Ātruma likums neelementārām reakcijām

Kā paskaidrots tekstā Ķīmisko reakciju ātruma likums, vienādojumu, ko izmanto, lai parādītu reakcijas ātruma likumu, dod konstantes reizinājums raksturīga reakcijai noteiktā temperatūrā un reaģentu koncentrācijai, kas paaugstināta līdz attiecīgajai temperatūrai eksponenti: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Skatiet piemēru:

2NO_g) → N₂O_{2. punkta g) apakšpunkts}

Šīs reakcijas ātruma vienādojumu izsaka šādi: v = k. [PIE]².

Vai tas nozīmē, ka visos gadījumos reaģenta koncentrācijas eksponents būs precīzi vienāds ar tā koeficientu reakcijā?

Ne. Tas notika tikai šajā gadījumā, jo tā ir elementāra reakcija, tas ir, tā ir reakcija, kas notiek vienā posmā bez starpposma savienojumiem. Gadījumos, kad reakcija nav elementāra, eksponenti jānosaka eksperimentāli.Bet kā tas tiek darīts? Un kā ir iespējams zināt, vai reakcija ir elementāra vai nē?

Nu, ņemsim vērā vēl vienu reakciju:

CO + NĒ₂ → CO₂ + NĒ

Pieņemsim, ka zinātnieks šo reakciju veica vairākas reizes, mainot reaģentu koncentrāciju dažādos veidos, bet saglabājot nemainīgu temperatūru. Viņš ieguva šādus datus:

Ņemiet vērā, ka no pirmā līdz otrajam solim viņš dubultoja CO koncentrāciju, kas nemainīja reakcijas ātrumu.

Tāpēc šīs vielas eksponents ir nulle. Tā kā jebkurš skaitlis, kas paaugstināts līdz nullei, ir vienāds ar 1, CO reakcijas ātruma vienādojumā nepiedalās.

Tagad redziet, ka no 2. eksperimenta līdz 3. NO koncentrācija dubultojās₂, kas izraisīja reakcijas ātruma četrkāršošanos.

Tādējādi šīs vielas koncentrācijas eksponents reakciju ātruma vienādojumā ir vienāds ar 2 (4/2).

Tādā veidā mēs uzzinām, kāds ir šīs reakcijas ātruma vienādojums: v = k. [PIE₂]².

Ņemiet vērā, ka šajā gadījumā vienādojuma eksponents reakcijā nebija vienāds ar koeficientu. Tāpēc mēs varam secināt, ka šī reakcija nav elementāra. Pēc eksperimentālas ātruma likuma pārbaudes zinātniekam vajadzētu ieteikt mehānismu, kas izskaidroja šo reakciju, tas ir, tai vajadzētu piedāvāt soļu kopumu, kas atbilst šīs eksperimentālajiem datiem process.

Tika ierosināts šāds mehānisms:

1. posms (lēns):  PIE_{2. punkta g) apakšpunkts} + NĒ_{2. punkta g) apakšpunkts} → NĒ_{3. punkta g) apakšpunkts} + NĒ_g)
2. darbība (ātra):PIE_{3. punkta g) apakšpunkts} + CO_g) → CO_{2. punkta g) apakšpunkts} + NĒ_{2. punkta g) apakšpunkts}

Globālais vienādojums:CO + NĒ₂ → CO₂ + NĒ

Skatiet, vai eksperimentālā ātruma likums sakrīt ar vislēnāko soli:

v_globāls = v_{lēns solis}

k. [PIE₂]² = k. [PIE₂]. [PIE₂]

Tas mums parāda, ka jebkurā mehānismā posms, kas nosaka reakcijas attīstības ātrumu, vienmēr būs lēns solis, tas ir, globālās reakcijas attīstības ātrums būs proporcionāls tikai reaģentu koncentrācijām, kas piedalījās lēnajā posmā.

Ir svarīgi pareizi noteikt šos eksponentus, jo tie ir tie, kas norādīs reakcijas secību.

Autore Jennifer Fogaça
Beidzis ķīmiju

Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm