Hastighetslov for ikke-elementære reaksjoner

Som forklart i teksten Lov om hastighet på kjemiske reaksjoner, ligningen som brukes til å representere loven for en reaksjonshastighet er gitt av produktet av konstanten karakteristisk for reaksjonen ved en gitt temperatur og konsentrasjonene av reaktantene hevet til deres respektive eksponenter: v = k. [DE]^α. [B]^β.

Se et eksempel:

2NO_(g) → N₂O_{2 (g)}

Ligningen for hastigheten på denne reaksjonen er gitt av: v = k. [PÅ]².

Betyr dette at eksponenten av konsentrasjonen av reaktanten i alle tilfeller vil være nøyaktig lik dens koeffisient i reaksjonen?

Ikke. Dette skjedde bare i dette tilfellet fordi det er en elementær reaksjon, det vil si at det er en reaksjon som finner sted i et enkelt trinn, uten mellomforbindelser. I tilfeller der reaksjonen ikke er elementær, må eksponentene bestemmes eksperimentelt.Men hvordan gjøres dette? Og hvordan er det mulig å vite om reaksjonen er elementær eller ikke?

Vel, la oss vurdere en annen reaksjon:

CO + NO₂ → CO₂ + NEI

La oss si at en forsker utførte denne reaksjonen flere ganger, og endret konsentrasjonen av reaktantene på forskjellige måter, men holdt temperaturen konstant. Han fikk følgende data:

Merk at han fra det første til det andre trinnet doblet CO-konsentrasjonen, noe som ikke endret reaksjonshastigheten.

Derfor er eksponenten for dette stoffet null. Siden et hvilket som helst tall hevet til null er lik 1, deltar ikke CO i reaksjonshastighetslikningen.

Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)

Se nå at NO-konsentrasjonen doblet seg fra det andre eksperimentet til det tredje₂, som førte til at reaksjonshastigheten ble firedoblet.

Dermed er eksponenten av konsentrasjonen av dette stoffet i ligningen for reaksjonshastigheten lik 2 (4/2).

På denne måten finner vi ut hva ligningen for hastigheten på denne reaksjonen er: v = k. [PÅ₂]².

Merk at i dette tilfellet ikke eksponenten i ligningen var lik koeffisienten i reaksjonen. Derfor kan vi konkludere med at denne reaksjonen ikke er elementær. Etter å ha eksperimentelt verifisert loven om hastighet, bør forskeren foreslå en mekanisme som forklarte denne reaksjonen, det vil si at den bør foreslå et sett med trinn som er i samsvar med eksperimentelle data om dette prosess.

Følgende mekanisme ble foreslått:

Trinn 1 (treg):  PÅ_{2 (g)} + NEI_{2 (g)} → NEI_{3 (g)} + NEI_(g)
Trinn 2 (rask):PÅ_{3 (g)} + CO_(g) → CO_{2 (g)} + NEI_{2 (g)}

Global ligning:CO + NO₂ → CO₂ + NEI

Se at loven om eksperimentell hastighet sammenfaller med det tregeste trinnet:

v_global = v_{sakte trinn}

k. [PÅ₂]² = k. [PÅ₂]. [PÅ₂]

Dette viser oss at scenen som bestemmer utviklingshastigheten til en reaksjon alltid vil være i hvilken som helst mekanisme sakte trinndet vil si utviklingshastigheten for den globale reaksjonen vil bare være proporsjonal med konsentrasjonene av reagensene som deltok i det langsomme trinnet.

Det er viktig å bestemme disse eksponentene riktig fordi det er de som vil indikere rekkefølgen på reaksjonen.

Av Jennifer Fogaça
Uteksamen i kjemi

Vil du referere til denne teksten i et skole- eller akademisk arbeid? Se:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Lov om hastighet for ikke-elementære reaksjoner"; Brasilskolen. Tilgjengelig i: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm. Tilgang 27. juni 2021.