Zakon hitrosti za neelementarne reakcije

Kot je razloženo v besedilu Zakon hitrosti kemijskih reakcij, enačba, uporabljena za predstavitev zakona hitrosti reakcije, je podana z zmnožkom konstante značilnosti reakcije pri določeni temperaturi in koncentracije reaktantov, povišane na njihove eksponenti: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Glej primer:

2NO_(g) → N₂O_{2 (g)}

Enačba za hitrost te reakcije je podana z: v = k. [PRI]².

Ali to pomeni, da bo v vseh primerih eksponent koncentracije reaktanta popolnoma enak njegovemu koeficientu v reakciji?

Ne. To se je v tem primeru zgodilo samo zato, ker gre za elementarno reakcijo, torej za reakcijo, ki poteka v enem koraku, brez vmesnih spojin. Kadar reakcija ni elementarna, je treba eksponente določiti eksperimentalno.Kako pa je to storjeno? In kako je mogoče vedeti, ali je reakcija osnovna ali ne?

No, razmislimo o drugi reakciji:

CO + ŠT₂ → CO₂ + NE

Recimo, da je znanstvenik to reakcijo izvedel večkrat, na različne načine spreminjal koncentracijo reaktantov, vendar je ohranjal konstantno temperaturo. Pridobil je naslednje podatke:

Upoštevajte, da je od prvega do drugega koraka podvojil koncentracijo CO, kar ni spremenilo hitrosti reakcije.

Zato je eksponent te snovi enak nič. Ker je katero koli število, postavljeno na nič, enako 1, CO ne sodeluje v enačbi hitrosti reakcije.

Zdaj pa glej, da se je od drugega poskusa do tretjega koncentracija NO podvojila₂, zaradi česar se je reakcijska hitrost povečala za štirikrat.

Tako je eksponent koncentracije te snovi v enačbi za hitrost reakcij enak 2 (4/2).

Na ta način ugotovimo, kakšna je enačba za hitrost te reakcije: v = k. [PRI₂]².

Upoštevajte, da v tem primeru eksponent v enačbi ni bil enak koeficientu v reakciji. Zato lahko sklepamo, da ta reakcija ni elementarna. Po poskusnem preverjanju zakona hitrosti bi moral znanstvenik predlagati mehanizem, ki bi je pojasnil to reakcijo, to pomeni, da mora predlagati sklop korakov, skladnih z eksperimentalnimi podatki tega proces.

Predlagan je bil naslednji mehanizem:

Faza 1 (počasi):  PRI_{2 (g)} + NE_{2 (g)} → NE_{3 (g)} + NE_(g)
2. korak (hiter):PRI_{3 (g)} + CO_(g) → CO_{2 (g)} + NE_{2 (g)}

Globalna enačba:CO + ŠT₂ → CO₂ + NE

Glejte, da zakon eksperimentalne hitrosti sovpada z najpočasnejšim korakom:

v_globalno = v_{počasen korak}

k. [PRI₂]² = k. [PRI₂]. [PRI₂]

To nam kaže, da bo pri katerem koli mehanizmu stopnja, ki določa hitrost razvoja reakcije, vedno počasen korak, to pomeni, da bo stopnja razvoja globalne reakcije sorazmerna le koncentraciji reagentov, ki so sodelovali v počasnem koraku.

Pomembno je pravilno določiti te eksponente, ker so ti tisti, ki bodo pokazali vrstni red reakcije.

Avtorica Jennifer Fogaça
Diplomiral iz kemije

Vir: Brazilska šola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm