الاعتماد على التركيز

يسمى مقياس سرعة استمرار التفاعل بمعدل التفاعل. بالنسبة للتفاعل أحادي الخطوة، يكون المعدل مساويا للتغير في تركيز كل مادة متفاعلة أو ناتج بمرور الوقت مضروبا في معكوس المعامل المتكافئ المقابل. يمكنك التفكير في التغير في التركيز بمرور الوقت على أنه التركيز في الوقت t ناقص تركيز البداية مقسوما على t. معدلات التفاعل دائما ما تكون موجبة ، لذا فإن تعبيرات المتفاعلة لها علامات سالبة. قد لا تكون هذه المعدلات متساوية في التفاعلات متعددة الخطوات، ولكن لا يزال بإمكاننا استخدام هذه العلاقة كتقدير للتفاعل الكلي.

يصف قانون المعدل ، أو معادلة المعدل ، العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيزات المادة المتفاعلة. في هذه المعادلة، k هو ثابت المعدل، A وB هما المتفاعلان، و m وn هما ترتيب تفاعل كل منهما. يصف ترتيب التفاعل العلاقة بين تركيز المادة المتفاعلة والمعدل ولا يرتبط بقياس التكافئ. من الضروري أن تتذكر أن ترتيب التفاعل يختلف عن معامل المادة المتفاعلة في المعادلة المتوازنة.

عندما يتضمن التفاعل اثنين أو أكثر من المواد المتفاعلة، يجب أن نأخذ في الاعتبار ترتيب التفاعل لكل مادة متفاعلة. ترتيب التفاعل الكلي يساوي مجموع أوامر تفاعل المواد المتفاعلة. على سبيل المثال ، إذا كان المتفاعل A من الدرجة الأولى والمتفاعل B من الدرجة الصفرية ، فإن ترتيب التفاعل الكلي هو واحد. أوامر التفاعل الأكثر شيوعا في التفاعلات البسيطة هي الترتيب الصفري والدرجة الأولى والثانية. دعنا نتناولها باستخدام تفاعل أحادي الجزيء كمثال.

إذا كان التفاعل صفرا ، فلن يكون لتركيز المادة المتفاعلة أي تأثير على معدل التفاعل. ومن ثم، فإن معدل التفاعل يساوي k، وهو ثابت المعدل. الرسم البياني لمعدل التفاعل بالنسبة للتركيز هو خط أفقي.

في العلاقات من الدرجة الأولى ، يرتبط تركيز المادة المتفاعلة خطيا بمعدل التفاعل. وبالتالي ، فإن المعدل يساوي ثابت المعدل مضروبا في تركيز المادة المتفاعلة. سيكون الرسم البياني لمعدل التفاعل بالنسبة للتركيز خطيا ، مع k كمنحدر.

إذا كان التفاعل من الدرجة الثانية ، فهناك علاقة تربيعية بين التركيز والمعدل. ومن ثم، فإن المعدل يساوي ثابت المعدل مضروبا في تربيع التركيز. سيكون الرسم البياني للمعدل بالنسبة للتركيز مكافئيا ، مع k كمنحدر.

ثابت المعدل ، k ، هو قيمة تعتمد على درجة الحرارة تربط طاقة تنشيط التفاعل بمعدل التفاعل. سوف تستكشف هذا في التجربة المعملية التالية.

عادة ما تعطى معدلات التفاعل بالمول لكل لتر في الثانية. المعدل له نفس الوحدات ، بغض النظر عن ترتيب التفاعل. وبالتالي ، فإن ثابت المعدل له وحدات مختلفة ، اعتمادا على ترتيب التفاعل. على سبيل المثال، إذا كان A هو الدرجة الأولى و B هو ترتيب صفر، فلدينا مثيل واحد من المولات لكل لتر في معادلة المعدل. لذلك ، يجب أن يكون ثابت المعدل بالثواني العكسية.

إذن كيف نحدد ترتيب التفاعل؟ يجب تحديد ترتيب التفاعل تجريبيا باستخدام سلسلة من الاختبارات. إذا كان لديك مادتان متفاعلتان ، فإن إحدى الطرق هي الحفاظ على تركيز أحد المواد المتفاعلة ثابتا ، وتغيير الآخر ، والوقت الذي يستغرقه صنع كمية معينة من المنتج. تتكرر نفس العملية للمادة المتفاعلة الثانية. يمكنك بعد ذلك تقدير ترتيب كل مادة متفاعلة عن طريق رسم المعدل مقابل التركيز المتغير للمواد المتفاعلة ، ومعرفة ما إذا كان يبدو وكأنه رسم بياني من الدرجة الأولى أو الثانية. ستتيح لك مطابقة بياناتك مع معادلة المعدل المقابلة أيضا حساب k.

في هذا المختبر ، ستحدد ترتيب تفاعل اثنين من المواد المتفاعلة عن طريق تغيير تركيزاتهما وتوقيت المدة التي يستغرقها التفاعل للتقدم إلى تحويل المحلول إلى معتم.