ความเร็วของปฏิกิริยาเคมี การศึกษาความเร็วของปฏิกิริยา

THE จลนพลศาสตร์เคมี เป็นสาขาวิชาที่ศึกษาปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการพัฒนาของปฏิกิริยาเคมี กล่าวคือ ความเร็วที่เกิดขึ้น มีการค้นคว้าเกี่ยวกับเรื่องนี้มากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเรามักต้องการเร่งปฏิกิริยาบางอย่างหรือทำให้ปฏิกิริยาอื่นๆ ช้าลง นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมและการวิจัยนี้มีผลกระทบทางเทคโนโลยีที่สำคัญ

แต่เนื่องจากความเร็วของปฏิกิริยาอาจแตกต่างกันไปในแต่ละช่วงเวลาและจากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง จึงเป็นเรื่องปกติที่จะคำนวณ calculate ความเร็วปฏิกิริยาเฉลี่ย.

พิจารณาปฏิกิริยาทั่วไปต่อไปนี้ ซึ่งสัมประสิทธิ์คือตัวพิมพ์เล็ก และสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แสดงด้วยอักษรตัวพิมพ์ใหญ่:

a A + b B → c C + d D

จะได้ความเร็วเฉลี่ยของปฏิกิริยานี้ หารอัตราเฉลี่ยของปฏิกิริยาของสารที่ทำปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่งหรืออัตราเฉลี่ยของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ตัวใดตัวหนึ่งด้วยค่าสัมประสิทธิ์ตามลำดับในสมการทางเคมี นี้ได้รับโดย:

ตัวอย่างเช่น พิจารณาปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์:

2 ชั่วโมง₂โอ_2(aq) → 2 ชั่วโมง₂โอ₍₁₎ +1 โอ_{2 (ก.)}

สมมุติว่าใน 1 นาที 0.3 โมล/ลิตรของ H ก่อตัวขึ้น₂O และ 0.15 โมลต่อลิตรของ O₂, ในขณะที่ 0.3 โมล/ลิตรของ H สลายตัว

₂โอ₂นั่นคืออัตราเฉลี่ยของการสลายตัวและการก่อตัวของสารเหล่านี้ในปฏิกิริยาคือ:

วี_mH2O2 = 0.3 โมล/ลิตร นาที

วี_mH2O = 0.3 โมล/ลิตร นาที

วี_mO2 = 0.15 โมล/ลิตร นาที

จะพบความเร็วเฉลี่ยของปฏิกิริยาทั่วโลกโดยนำค่าใดค่าหนึ่งเหล่านี้มาหารด้วยค่าสัมประสิทธิ์ตามลำดับในสมการ:

วี_ม = วี_mH2O2 = 0.3 โมล/ลิตร นาที = 0.15 โมล/ลิตร นาที
2 2

วี_ม = วี_mH2O = 0.3 โมล/ลิตร นาที = 0.15 โมล/ลิตร นาที
2 2

วี_ม = วี_mO2 = 0.15 โมล/ลิตร นาที = 0.15 โมล/ลิตร นาที
1 1

โปรดทราบว่าค่าทั้งสามมีค่าเท่ากัน ดังนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเหมือนกับฟังก์ชันของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ใดๆ ในช่วงเวลาเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม ค่าความเร็วเฉลี่ยของสารแต่ละชนิดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเหล่านี้พบได้อย่างไร

คำนวณได้ หารความแปรผันในความเข้มข้นของสาร (ตัวทำปฏิกิริยาหรือผลิตภัณฑ์) ตามช่วงเวลา หากเราจะกำหนดความเร็วเฉลี่ยของหนึ่งใน รีเอเจนต์ ของปฏิกิริยาเราจะต้องใส่ เครื่องหมายลบ ก่อนหรืออย่างอื่นพิจารณาค่าความเข้มข้น ในโมดูล ||, เนื่องจากความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ค่าความเร็วจะเป็นลบ แต่ไม่มีความเร็วลบ

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

ตัวอย่างเช่น พิจารณาปฏิกิริยาการสลายตัวของก๊าซโอโซนต่อไปนี้ (O_3(ก.)) ในก๊าซออกซิเจน (O_2(ก.)):

2 ออนซ์_3(ก.) → 3 ออน_2(ก.)

สมมติว่าในบอลลูนมีก๊าซโอโซน 10 โมล แต่หลังจาก 1 นาทีเหลือเพียง 4 โมล นี่หมายความว่าโอโซน 6 โมลกลายเป็นก๊าซออกซิเจน ดังนั้นเราจึงมี:

2 ออนซ์_3(ก.) → 3 ออน_2(ก.)
t = 0 นาที 2 โมล/ลิตร 0 โมล/ลิตร
ค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้น
6 โมล/ลิตร 9 โมล/ลิตร
t = 1 นาที 4 โมล/ลิตร 9 โมล/ลิตร

โปรดทราบว่าเนื่องจากอัตราส่วนปฏิกิริยาคือ 2:3 ดังนั้นหากใช้ O 6 โมล₃, 9 โมลของ O ถูกสร้างขึ้น₂. ดังนั้น หลังจาก 1 นาที เรามีความเร็วเฉลี่ยดังต่อไปนี้:

วี_ม = - ∆ [เท₃]
t

วี_ม = - ([O_{3รอบชิงชนะเลิศ -}  โอ_{3ค่าเริ่มต้น}])
t_{สุดท้าย} - t_{เริ่มต้น}

วี_ม = - ([4 - 10])
1– 0

วี_ม = 6 โมล/ลิตร นาที→ เป็นเวลา 1 นาที โอโซน 6 โมลทำปฏิกิริยาต่อลิตรของระบบ

วี_ม = ∆ [เท₂]
t

วี_ม = ([O_{2รอบชิงชนะเลิศ -}  โอ_{2ค่าเริ่มต้น}])
t_{สุดท้าย} - t_{เริ่มต้น}

วี_ม = ([9 - 0])
1– 0

วี_ม = 9 โมล/ลิตร นาที→ ในช่วง 1 นาที ออกซิเจน 9 โมลถูกสร้างขึ้นในแต่ละลิตรของระบบ

นี่แสดงให้เราเห็นว่าเราสามารถคำนวณความเร็วเฉลี่ยเป็นฟังก์ชันของสารตั้งต้นหรือเป็นฟังก์ชันของผลิตภัณฑ์ได้

ทีนี้ ถ้าเราต้องการคำนวณความเร็วเฉลี่ยของปฏิกิริยาทั่วโลก ให้ทำตามที่เราแสดงให้เห็นในตอนเริ่มต้น: หารความเร็วแต่ละระดับด้วยสัมประสิทธิ์ตามลำดับในสมการทางเคมี:

วี_ม = วี_mO3 = 6 โมล/ลิตร นาที = 3 โมล/ลิตร นาที
2 21

วี_ม = วี_mO2 = 9 โมล/ลิตร นาที = 3 โมล/ลิตร นาที
3 3

วี_ม = วี_mO3 = วี_mO2
23

โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี

คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:

โฟกาซ่า, เจนนิเฟอร์ โรชา วาร์กัส "ความเร็วของปฏิกิริยาเคมี"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/velocidade-das-reacoes-quimicas.htm. เข้าถึงเมื่อ 27 มิถุนายน 2021.