Prawo prędkości dla reakcji nieelementarnych

Jak wyjaśniono w tekście Prawo szybkości reakcji chemicznych, równanie używane do reprezentowania prawa szybkości reakcji jest iloczynem stałej charakterystyka reakcji w danej temperaturze i stężenia reagentów podniesione do ich odpowiednich wykładniki: v = k. [TA]^α. [B]^β.

Zobacz przykład:

2NIE_(sol) → N₂O_2(g)

Równanie szybkości tej reakcji podaje wzór: v = k. [NA]².

Czy to oznacza, że ​​we wszystkich przypadkach wykładnik stężenia reagenta będzie dokładnie równy jego współczynnikowi w reakcji?

Nie rób. Stało się tak tylko w tym przypadku, ponieważ jest to reakcja elementarna, to znaczy jest to reakcja, która zachodzi w jednym etapie, bez związków pośrednich. W przypadkach, gdy reakcja nie jest elementarna, wykładniki należy określić eksperymentalnie.Ale jak to się robi? A skąd można wiedzieć, czy reakcja jest elementarna, czy nie?

Rozważmy inną reakcję:

CO + NIE₂ → CO₂ + NIE

Powiedzmy, że naukowiec przeprowadził tę reakcję kilka razy, zmieniając stężenie reagentów na różne sposoby, ale utrzymując stałą temperaturę. Uzyskał następujące dane:

Zauważ, że od pierwszego do drugiego kroku podwoił stężenie CO, co nie zmieniło szybkości reakcji.

Dlatego wykładnik tej substancji wynosi zero. Ponieważ dowolna liczba podniesiona do zera równa się 1, CO nie uczestniczy w równaniu szybkości reakcji.

Teraz zobacz, że od 2. do 3. eksperymentu stężenie NO podwoiło się₂, co spowodowało czterokrotne zwiększenie szybkości reakcji.

Zatem wykładnik stężenia tej substancji w równaniu szybkości reakcji jest równy 2 (4/2).

W ten sposób dowiadujemy się, jakie jest równanie na szybkość tej reakcji: v = k. [NA₂]².

Zauważ, że w tym przypadku wykładnik w równaniu nie był równy współczynnikowi w reakcji. Dlatego możemy stwierdzić, że ta reakcja nie jest elementarna. Po eksperymentalnej weryfikacji prawa prędkości naukowiec powinien następnie zaproponować mechanizm, który: wyjaśnił tę reakcję, to znaczy powinien zaproponować zestaw kroków zgodny z danymi eksperymentalnymi tego proces.

Zaproponowano następujący mechanizm:

Etap 1 (wolny):  NA_2(g) + NIE_2(g) → NIE_3(g) + NIE_(sol)
Krok 2 (szybki):NA_3(g) + CO_(sol) → CO_2(g) + NIE_2(g)

Równanie globalne:CO + NIE₂ → CO₂ + NIE

Zobacz, że prawo prędkości eksperymentalnej pokrywa się z najwolniejszym krokiem:

v_światowy = v_{powolny krok}

k. [NA₂]² = k. [NA₂]. [NA₂]

To pokazuje nam, że w każdym mechanizmie etapem, który determinuje tempo rozwoju reakcji będzie zawsze powolny krok, to znaczy tempo rozwoju reakcji globalnej będzie proporcjonalne tylko do stężeń reagentów, które uczestniczyły w powolnym kroku.

Ważne jest, aby poprawnie określić te wykładniki, ponieważ wskażą one kolejność reakcji.

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii

Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm