תלות בריכוז

המדד למהירות שבה תגובה מתקדמת נקרא קצב התגובה. עבור תגובה חד-שלבית, הקצב שווה לשינוי בריכוז של כל מגיב או מכפלה לאורך זמן כפול ההופכי של המקדם הסטויכיומטרי המתאים. אפשר לחשוב על השינוי בריכוז לאורך זמן כעל הריכוז בזמן t פחות הריכוז ההתחלתי חלקי t. קצבי התגובה הם תמיד חיוביים, ולכן להבעות התגובה יש סימנים שליליים. שיעורים אלה עשויים שלא להיות שווים בתגובות מרובות שלבים, אך אנו עדיין יכולים להשתמש בקשר זה כהערכה לתגובה הכוללת.

חוק הקצב, או משוואת הקצב, מתאר את הקשר בין מהירות התגובה לבין ריכוזי המגיבים. במשוואה זו, k הוא קבוע הקצב, A ו-B הם שני המגיבים, ו-m ו-n הם סדרי התגובה שלהם. סדר תגובה מתאר את הקשר בין ריכוז המגיב לבין הקצב ואינו קשור לסטויכיומטריה. חשוב לזכור שסדר התגובה אינו זהה למקדם המגיב במשוואה המאוזנת.

כאשר תגובה מערבת שני מגיבים או יותר, עלינו לשקול את סדר התגובה עבור כל מגיב. סדר התגובה הכולל שווה לסכום פקודות התגובה של המגיבים. לדוגמה, אם מגיב A הוא מסדר ראשון ומגיב B הוא מסדר אפס, סדר התגובה הכולל הוא אחד. סדרי התגובה הנפוצים ביותר בתגובות פשוטות הם סדר אפס, סדר ראשון וסדר שני. בואו נעבור עליהם באמצעות תגובה חד-מולקולרית כדוגמה.

אם התגובה היא מסדר אפס, לריכוז המגיב אין השפעה על קצב התגובה. לפיכך, קצב התגובה שווה ל-k, קבוע הקצב. גרף של קצב התגובה ביחס לריכוז הוא קו אופקי.

ביחסים מסדר ראשון, ריכוז המגיב קשור באופן ליניארי לקצב התגובה. לפיכך, הקצב שווה לקצב קבוע כפול ריכוז המגיב. גרף של קצב התגובה ביחס לריכוז יהיה ליניארי, עם k כשיפוע.

אם התגובה היא מסדר שני, קיים יחס ריבועי בין הריכוז לבין הקצב. לפיכך, השיעור שווה לשיעור קבוע כפול הריכוז בריבוע. גרף של הקצב ביחס לריכוז יהיה פרבולי, עם k כשיפוע.

קבוע הקצב, k, הוא ערך תלוי טמפרטורה המקשר בין אנרגיית ההפעלה של התגובה לקצב התגובה. תוכלו לחקור זאת בניסוי המעבדה הבא.

קצבי התגובה ניתנים בדרך כלל בשומות לליטר לשנייה. לשיעור יש את אותן יחידות, ללא קשר לסדר התגובה. לפיכך, קבוע הקצב יש יחידות שונות, בהתאם לסדר התגובה. לדוגמה, אם A הוא מסדר ראשון ו-B הוא סדר אפס, אז יש לנו מופע אחד של שומות לליטר במשוואת הקצב. לכן, קבוע הקצב חייב להיות בשניות הפוכות.

אז איך קובעים את סדר התגובה? סדר התגובה חייב להיקבע באופן ניסיוני באמצעות סדרה של בדיקות. אם יש לך שני מגיבים, שיטה אחת היא להחזיק את הריכוז של מגיב אחד קבוע, לשנות את השני, ואת הזמן כמה זמן לוקח לייצר כמות מסוימת של תוצר. אותו תהליך חוזר על עצמו עבור המגיב השני. לאחר מכן ניתן להעריך את הסדר של כל מגיב על ידי התוויית קצב לעומת הריכוז המשתנה של המגיבים, ולראות אם הוא נראה כמו גרף מסדר אפס, ראשון או שני. התאמת הנתונים שלך למשוואת הקצב המתאימה תאפשר לך גם לחשב k.

במעבדה זו תקבעו את סדרי התגובה של שני מגיבים על ידי שינוי הריכוזים שלהם והתזמון כמה זמן לוקח לתגובה להתקדם עד להפיכת התמיסה לאטומה.