Zákon rýchlosti pre neelementárne reakcie

Ako je vysvetlené v texte Zákon rýchlosti chemických reakcií, rovnica použitá na vyjadrenie zákona o rýchlosti reakcie je daná súčinom konštanty charakteristika reakcie pri danej teplote a koncentrácie reakčných zložiek zvýšené na ich príslušné exponenty: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Pozri príklad:

2NO_g) → N₂O_{2 písm. G)}

Rovnica pre rýchlosť tejto reakcie je daná vzťahom: v = k. [NA]².

Znamená to, že vo všetkých prípadoch bude exponent koncentrácie reaktantu presne rovný jeho koeficientu v reakcii?

Nie. Stalo sa tak iba v tomto prípade, pretože ide o elementárnu reakciu, to znamená, že ide o reakciu, ktorá prebieha v jednom kroku bez medziproduktov. V prípade, že reakcia nie je elementárna, je potrebné experimentálne určiť exponenty.Ako sa to však deje? A ako je možné vedieť, či je reakcia elementárna alebo nie?

Zvážme ďalšiu reakciu:

CO + NO₂ → CO₂ + NIE

Povedzme, že vedec vykonal túto reakciu niekoľkokrát, pričom zmenil koncentráciu reaktantov rôznymi spôsobmi, ale udržiaval konštantnú teplotu. Získal nasledujúce údaje:

Všimnite si, že od prvého do druhého kroku zdvojnásobil koncentráciu CO, čo nezmenilo reakčnú rýchlosť.

Preto je exponent tejto látky nulový. Pretože akékoľvek číslo zdvihnuté na nulu sa rovná 1, CO sa nezúčastňuje rovnice reakčnej rýchlosti.

Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)

Teraz uvidíte, že od 2. experimentu do 3. sa koncentrácia NO zdvojnásobila₂, čo spôsobilo štvornásobnú reakčnú rýchlosť.

Exponent koncentrácie tejto látky v rovnici pre rýchlosť reakcií je teda rovný 2 (4/2).

Týmto spôsobom zistíme, aká je rovnica pre rýchlosť tejto reakcie: v = k. [NA₂]².

Upozorňujeme, že v tomto prípade sa exponent v rovnici nerovnal koeficientu v reakcii. Preto môžeme konštatovať, že táto reakcia nie je elementárna. Po experimentálnom overení zákona rýchlosti by mal vedec navrhnúť mechanizmus, ktorý by to umožnil vysvetlil túto reakciu, to znamená, že by mal navrhnúť súbor krokov konzistentných s experimentálnymi údajmi o tomto procesu.

Bol navrhnutý tento mechanizmus:

Fáza 1 (pomalá):  NA_{2 písm. G)} + NIE_{2 písm. G)} → NIE_{3 (g)} + NIE_g)
Krok 2 (rýchly):NA_{3 (g)} + CO_g) → CO_{2 písm. G)} + NIE_{2 písm. G)}

Globálna rovnica:CO + NO₂ → CO₂ + NIE

Vidíme, že zákon experimentálnej rýchlosti sa zhoduje s najpomalším krokom:

v_globálne = v_{pomalý krok}

k. [NA₂]² = k. [NA₂]. [NA₂]

To nám ukazuje, že v akomkoľvek mechanizme bude vždy štádium, ktoré určuje rýchlosť vývoja reakcie pomalý krok, to znamená, že rýchlosť vývoja globálnej reakcie bude úmerná iba koncentráciám činidiel, ktoré sa zúčastnili pomalého kroku.

Je dôležité správne určiť tieto exponenty, pretože to sú tie, ktoré budú označovať poradie reakcie.

Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu

Prajete si odkaz na tento text v školskej alebo akademickej práci? Pozri:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Zákon rýchlosti pre neelementárne reakcie“; Brazílska škola. Dostupné v: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm. Prístup k 27. júnu 2021.