Hastighetslag för icke-elementära reaktioner

Som förklaras i texten Lagen om hastigheten för kemiska reaktioner, den ekvation som används för att representera lagen för en reaktionshastighet ges av produkten av konstanten kännetecknande för reaktionen vid en given temperatur och koncentrationerna av reaktanterna höjda till respektive exponenter: v = k. [DE]^α. [B]^β.

Se ett exempel:

2NO_(g) → N₂O_{2 (g)}

Ekvationen för hastigheten för denna reaktion ges av: v = k. [VID]².

Betyder detta att exponenten för koncentrationen av reaktanten i alla fall kommer att vara exakt lika med dess koefficient i reaktionen?

Låt bli. Detta hände bara i detta fall eftersom det är en elementär reaktion, det vill säga det är en reaktion som äger rum i ett enda steg utan mellanliggande föreningar. I fall där reaktionen inte är elementär måste exponenterna bestämmas experimentellt.Men hur görs detta? Och hur är det möjligt att veta om reaktionen är elementär eller inte?

Låt oss överväga en annan reaktion:

CO + NEJ₂ → CO₂ + NEJ

Låt oss säga att en forskare utförde denna reaktion flera gånger och ändrade koncentrationen av reaktanterna på olika sätt men höll temperaturen konstant. Han fick följande uppgifter:

Observera att från det första till det andra steget fördubblade han CO-koncentrationen, vilket inte förändrade reaktionshastigheten.

Därför är exponenten för detta ämne noll. Eftersom något tal som höjs till noll är lika med 1 deltar CO inte i reaktionshastighetsekvationen.

Se nu att från det andra experimentet till det tredje fördubblades NO-koncentrationen₂, vilket fick reaktionshastigheten att fyrdubblas.

Således är exponenten för koncentrationen av detta ämne i ekvationen för reaktionshastigheten lika med 2 (4/2).

På detta sätt får vi reda på vad ekvationen är för reaktionens hastighet: v = k. [VID₂]².

Observera att i detta fall inte exponenten i ekvationen var lika med koefficienten i reaktionen. Därför kan vi dra slutsatsen att denna reaktion inte är elementär. Efter att ha experimentellt verifierat hastighetslagen, bör forskaren sedan föreslå en mekanism som förklarade denna reaktion, det vill säga den bör föreslå en uppsättning steg som överensstämmer med de experimentella uppgifterna i detta bearbeta.

Följande mekanism föreslogs:

Steg 1 (långsam):  VID_{2 (g)} + NEJ_{2 (g)} → NEJ_{3 (g)} + NEJ_(g)
Steg 2 (snabb):VID_{3 (g)} + CO_(g) → CO_{2 (g)} + NEJ_{2 (g)}

Global ekvation:CO + NEJ₂ → CO₂ + NEJ

Se till att lagen om experimentell hastighet sammanfaller med det långsammaste steget:

v_global = v_{långsamt steg}

k. [VID₂]² = k. [VID₂]. [VID₂]

Detta visar oss att, i vilken mekanism som helst, det steg som bestämmer utvecklingshastigheten för en reaktion alltid kommer att vara det långsamt stegdvs utvecklingshastigheten för den globala reaktionen kommer att vara proportionell endast mot koncentrationerna av reagensen som deltog i det långsamma steget.

Det är viktigt att korrekt bestämma dessa exponenter eftersom det är de som kommer att ange reaktionens ordning.

Av Jennifer Fogaça
Examen i kemi

Källa: Brazil School - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm