Закон швидкості для неелементарних реакцій

Як пояснюється в тексті Закон швидкості хімічних реакцій, рівняння, що використовується для представлення закону швидкості реакції, дається добутком константи характеристика реакції при певній температурі та концентрації реагентів, підвищені до їх відповідних експоненти: v = k. [THE]^α. [B]^β.

Дивіться приклад:

2НО_(g) → N₂О_{2 (г)}

Рівняння швидкості цієї реакції дається: v = k. [БІЛЯ]².

Чи означає це, що у всіх випадках показник концентрації реагенту буде точно дорівнює його коефіцієнту в реакції?

Не. У цьому випадку це сталося лише тому, що це елементарна реакція, тобто реакція, яка проходить в одну стадію, без проміжних сполук. У випадках, коли реакція не є елементарною, показники ступеня повинні визначатися експериментально.Але як це робиться? І як можна дізнатися, елементарна реакція чи ні?

Ну, давайте розглянемо ще одну реакцію:

CO + НІ₂ → CO₂ + НІ

Скажімо, вчений виконував цю реакцію кілька разів, змінюючи концентрацію реагентів різними способами, але підтримуючи температуру постійною. Він отримав такі дані:

Зверніть увагу, що з першого по другий етап він подвоїв концентрацію СО, що не змінило швидкості реакції.

Отже, показник показника цієї речовини дорівнює нулю. Оскільки будь-яке число, підняте до нуля, дорівнює 1, CO не бере участі у рівнянні швидкості реакції.

Побачимо, що з 2-го до 3-го експерименту концентрація NO подвоїлася₂, що спричинило швидкість реакції в чотири рази.

Таким чином, показник концентрації цієї речовини в рівнянні швидкості реакцій дорівнює 2 (4/2).

Таким чином, ми з’ясовуємо, яким є рівняння швидкості цієї реакції: v = k. [БІЛЯ₂]².

Зауважимо, що в цьому випадку показник показника в рівнянні не дорівнював коефіцієнту в реакції. Отже, можна зробити висновок, що ця реакція не елементарна. Після експериментальної перевірки закону швидкості вчений повинен запропонувати механізм, який пояснив цю реакцію, тобто він повинен запропонувати набір етапів, що відповідає експериментальним даним цього процес.

Запропоновано такий механізм:

Етап 1 (повільний):  БІЛЯ_{2 (г)} + НІ_{2 (г)} → НІ_{3 (г)} + НІ_(g)
Крок 2 (швидкий):БІЛЯ_{3 (г)} + CO_(g) → CO_{2 (г)} + НІ_{2 (г)}

Глобальне рівняння:CO + НІ₂ → CO₂ + НІ

Дивіться, що закон експериментальної швидкості збігається з найповільнішим кроком:

v_{глобальний} = v_{повільний крок}

k. [БІЛЯ₂]² = k. [БІЛЯ₂]. [БІЛЯ₂]

Це показує нам, що в будь-якому механізмі стадією, що визначає швидкість розвитку реакції, завжди буде повільний крок, тобто швидкість розвитку глобальної реакції буде пропорційна лише концентраціям реагентів, які брали участь у повільному етапі.

Важливо правильно визначити ці показники ступеня, оскільки саме вони будуть вказувати порядок реакції.

Дженніфер Фогача
Закінчив хімію

Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-velocidade-para-reacoes-nao-elementares.htm