Hitrostna konstantna

Kakšna je hitrostna konstanta?

The hitrostna konstantna To je konstanta sorazmernosti zakona o hitrosti kemijske kinetike, ki vzpostavlja razmerje med molarno koncentracijo reagentov in hitrostjo reakcije.

Kot reagenti porabijo reakcijske hitrosti, se tudi zmanjšujejo. Zato se pri izračunih konstante hitrosti, ki jo predstavlja simbol 'K', upoštevajo začetne hitrosti, da se primerjajo med več poskusi.

Kemična kinetika kaže, da je ta konstanta odvisna od reakcijskih vrst reagentov, katerih koncentracije bodo spreminjale hitrost reakcije.  Po drugi strani pa je po Arreniusovi enačbi K odvisen tudi od temperature in aktivacijske energije za reakcijo.

Zato se reče, da hitrostna konstanta ni resnična konstanta, saj se razlikuje glede na temperaturo in tudi s prisotnostjo katalizatorjev, ki spreminjajo aktivacijsko energijo. Zato ni veliko tabel, kjer pridejo po posebnih reakcijah (in pogojih).

Na primer, za reakcijo, kjer reagirajo A in B, vsaka z vrstnim redom 1, konstanto poročajo K do 25 ° C in z dodatkom določene količine katalizatorja ne bo enaka, če reakcija je narejen za temperaturo 26 ali 27 ° C. Najmanjša sprememba bo vplivala na vrednost K, ki je med pogoji, določenimi za poskuse, le konstantna.

Kako izračunati konstanto hitrosti?

Eksperimentiranje

Določitev vrednosti hitrostne konstante reakcije se izvede eksperimentalno. Če na primer želite določiti vrednost konstante hitrosti za reakcijo obrazca:

A +B → C

Za vzpostavitev vrednosti K lahko izvedemo tri reakcije z naslednjimi razlikami: v reakciji 2 je začetna koncentracija reagenta A konstantna, [a], vendar se podvoji, na primer koncentracija reagenta B, [ B].

Medtem se v reakciji 3 [a] podvoji v primerjavi z reakcijo 1, pri čemer ohranja konstantno [B].

Tako bo zgrajena tabela koncentracij, ki bo služila za primerjavo začetnih hitrosti med več poskusi. To z namenom določitve reakcijskih naročil in zaporedno izračunati konstanto hitrosti.

Vam lahko služi: aluminijev hidroksid: struktura, lastnosti, uporabe, tveganja

Reakcijski naročili

Prvi izračun

Za prejšnjo reakcijo je njegova hitrost izražena z enačbo:

Reakcijska hitrost = k · [a]^x· [B]ⁱⁿ

Kjer 'x' e 'in' ustrezajo reakcijskim redom za reagente A in B.

Za določitev vrednosti reakcijskih vrst je treba narediti primerjavo med reakcijo 2 in 1 ter med reakcijo 3 in 1.

Če primerjamo reakcijo 1 z 2, lahko na primer opazimo, da s podvajanjem [b] obstaja podvajanje reakcijske hitrosti.

Nato: delež [B] med reakcijami 2 in 1 je 2, pa tudi delež med hitrostmi reakcij. Nato lahko vrednost vrstnega reda reakcije dobimo glede na B (eksponent in) z naslednjim pristopom:

Izračun reakcijskega vrstnega reda 'in'. Vir: Gabriel Bolívar.

Hitrost poskusa 2 je dvakrat hitrejša od hitrosti poskusa 1. Tako bomo z delitvijo obeh zgornjih enačb imeli:

2 = 2ⁱⁿ

Zato, 'in' Vale 1, ki lahko sklepata, da je vrstni red reakcije glede reagenta B prvega reda.

Drugi izračun

Na enak način nadaljujemo z reagentom A za izračun 'x':

Izračun vrstnega reda reakcije 'x'. Vir: Gabriel Bolívar.

Hitrost poskusa ali reakcije 3 je štirikrat večja od poskusa ali reakcije 1. Zato:

4 = 2^x

Tudi

2² = 2^x

In vrednost x je 2, zato je reakcija drugi vrstni red glede na reagent do.

Končna čistila

Nato je mogoče določiti vrednost konstante hitrosti, ki temelji na kateri koli od reakcij:

Reakcijska hitrost = k · [a]²· [B]

Dovolj za uvedbo eksperimentalnih vrednosti in čistega k:

K = reakcijska hitrost / ([a]²· [B])

Primeri

Naslednji primeri služijo kot uvod, preden se vaje rešijo iz naslednjega razdelka.

Primer 1

V kemični reakciji:

a) Če se začetna koncentracija reagenta podvoji hitrost reakcije: kakšen je vrstni red reakcije glede tega reagenta?

b) Če povečanje koncentracije reagenta povzroči povečanje hitrosti pri faktorju 8?

c) Če koncentracija reagenta doživi spremembo in hitrost ostane enaka: kakšen je vrstni red reakcije glede na reagent?

Lahko vam služi: cikopropan (C3H6)

V a) je delež reakcijskih hitrosti enak in delež koncentracij reagenta je enak 2^x,

2 = 2^x

Zato je x = 1 in vrstni red reakcije glede na reagent 1.

V b) je delež reakcijske hitrosti enak 8 (2³) in delež koncentracij reagenta je enak 2^x,

2³ = 2^x

Zato je x = 3 in vrstni red reakcije glede na reagent 3-

Medtem ko je v C) hitrost reakcije neodvisna od koncentracije reagenta, je torej vrstni red reakcije glede na reagent nič.

Primer 2

Reakcija:

2 Ne₂  +  Tudi₂ → 2 št₂

Ima izraz naslednjega zakona o hitrosti:

Reakcijska hitrost = k · [ne₂]²· Tudi₂.

Kakšen je globalni red reakcije? Kakšne enote bi imele k?

Vrstni red reakcije v zvezi z oz₂ Je 1 in vrstni red reakcije glede na ne₂ To je 2, zato je globalni vrstni red reakcije vsota teh vrednosti, torej 2 + 1 = 3.

Hitrost reakcije ima M/S enote, koncentracije reagentov pa so izražene v m. Naredili analizo enot, ki jih bomo imeli:

k = reakcijska hitrost / (ne₂]²· [Bodisi₂]

= (M / s) / (m³)

= s^-1M^-2

Rešene vaje

Vaja 1

Podatki naslednje reakcije so bili dobljeni pri 25 ° C:

A +2 B → C +2 D

Kakšen je izraz hitrostni zakon te reakcije? Kakšna je vrednost vaše konstante hitrosti?

Izračuni reakcijskih naročil

Eksperimentalni podatki so:

Cinetični podatki o vaji 1. Vir: Gabriel Bolívar.

Primerjava poskusov 1 in 3 vam omogoča, da sklepate naslednje zaključke:

Delež med hitrostjo reakcij 3 in 1:

3 x 10^-4 M · min^-1 / 3 x 10^-4 M · min^-1 = 1

Toda delež med koncentracijo B je:

(0.3 mol / l) / (0.1 mol/l) = 3

Hitrost reakcije je neodvisna od koncentracije B, saj njegovo povečanje ne vpliva. Zato je vrstni red reakcije glede na reagent B nič.

Po drugi strani primerjava reakcij 4 in 1 omogoča naslednje sklepe:

6 x 10^-4 M · min^-1 / 3 x 10^-4 M · min^-1 = 2

Medtem je delež med [a] reakcijami 4 in 1 enak:

Vam lahko služi: 5 značilnosti homogenih mešanic

(0.20 mol / l) / (0.10 mol/l) = 2^x

Potem bo odnos med razmerji:

2 = 2^x

x = 1

Zato je izraz zakona o hitrosti:

Reakcijska hitrost = k · [a]

B se ne sprejme, ker je njen vrstni red reakcije nič.

Izračun k

Lahko izračunamo konstanto hitrosti iz katerega koli od kinetičnih podatkov. Uporabimo eksperiment 1:

K = reakcijska hitrost / [a]

= 3 x 10^-4 M · min^-1 / 0.10 m

= 3 x 10^-3 ali 0.003 min^-1

Vaja 2

Podatki o reakciji smo dobili pri določeni temperaturi.

2 clo₂ (AC) +2 OH^- (AC) → CLO₃^- (AC) +CLO₂ (Ac) +h₂Ali (l)

Izračuni reakcijskih naročil

Eksperimentalni podatki so:

Cinetični podatki o vaji 2. Vir: Gabriel Bolívar.

Delež med hitrostjo reakcije 2 in reakcijo 1 je:

4.14 x 10^-4 M · min^-1 / 2.07 x 10^-4 M · min^-1 = 2

In delež koncentracij OH^- Med reakcijami 2 in 1 je enako:

(0,024 mol/l)/(0,012 mol/l) = 2^x

Eksponent 'x' predstavlja vrstni red reakcije glede na reagent OH^-. Razmerje med izračunanimi deleži je lahko predstavljeno na naslednji način:

2 = 2^x

x = 1

Zato vrstni red reakcije glede na reagent OH^- je enak 1.

V reakciji 3 se koncentracija CLO podvoji₂ reakcije 1, medtem ko koncentracija OH^- Ostane konstanten.

Delež med hitrostjo reakcij 3 in 1:

(8.28 x 10^-4 M · min^-1) / (2.07 x 10^-4 M · min^-1) = 4 (2²)

In delež [clo₂] med reakcijami 3 in 1 je enako:

(0,024 mol/l)/(0,012 mol/l) = 2ⁱⁿ

Eksponent 'in' predstavljata vrstni red reakcije glede reagenta CLO₂.

Primerjava deleža:

2² = 2ⁱⁿ

4 = 2ⁱⁿ

y = 2

Zato je reakcija druga glede na reagent CLO₂.

Izraz zakona o hitrosti bo potem:

Reakcijska hitrost = k · [clo₂]²· [Oh^-]

Izračun k

Ponovno lahko izračunamo K iz prejšnjega izraza s katerim koli od kinetičnih podatkov za poskuse. Uporabili bomo eksperiment 3:

K = (8.28 x 10^-4 M · min^-1) / (0.024 m)² (0.012 m)

= 119.79 min^-1· M^-2

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). Cengage učenje.
2. Wikipedija. (2020). Konstantna hitrost reakcije. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Kemija Texas A&M University. (s.F.). Kinetika: izračuni hitrosti vzorca. Okrevano od: kem.Tamu.Edu
4. Keith J. Laidler. (2020). Hitrost reakcije. Britannica Encyclopeedia. Okrevano od: Britannica.com
5. Čelada, Anne Marie, ph.D. (25. avgust 2020). Kakšna je konstantna hitrost v kemiji? Okreval od: Thoughtco.com
6. Clark Jim. (2013). Konstante hitrosti in arrenijeva enačba. Okrevano od: Chemguide.co.Združeno kraljestvo