Back to chapter

13.3:

Закон о концентрации и скорости

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Concentration and Rate Law

Languages

Share

Скорость реакции часто зависит от концентраций исходных веществ. Для любой реакции взаимосвязь между скоростью реакции и концентрациями исходных веществ может быть выражена математически с использованием закона скорости или уравнения скорости. В законе скорости k константа пропорциональности или константа скорости, а n порядок реакции по отношению к одному исходному веществу, значение которого часто является целым числом.В законах скорости для реакций с множеством исходных веществ общий порядок реакции является суммой всех порядков исходных веществ. Для каждого исходного вещества скорость реакции, константа скорости, концентрация и порядок реакции определяются экспериментально. Закон скорости выражает взаимосвязь между всеми этими параметрами.Индивидуальные порядки исходных веществ обычно принимают значения 0, 1 или 2, и на основе общего порядка реакции химические реакции могут быть разделены на реакции нулевого, первого или второго порядка. Однореагентная или мономолекулярная химическая реакция, скорость которой остается постоянной на протяжении всего времени ее протекания, является реакцией нулевого порядка. Порядок исходных веществ в реакции нулевого порядка равен нулю, и в соответствии с законом скорости концентрация исходных веществ возводится в нулевую степень.Поскольку значение любого числа, возведенного в нулевую степень, равно единице, скорость реакции нулевого порядка равна константе скорости и, следовательно, не зависит от концентрации исходного вещества. Следовательно, в реакции нулевого порядка, даже если концентрация исходного вещества уменьшается, скорость реакции не замедляется. Мономолекулярная химическая реакция, скорость которой прямо пропорциональна концентрации исходного вещества, является реакцией первого порядка.Порядок исходных веществ для реакции первого порядка равен единице, и согласно закону скорости концентрация исходного вещества возводится в первую степень. Поскольку значение любого числа, возведенного в степень единицы, остается неизменным, скорость реакции первого порядка напрямую зависит от концентрации исходного вещества. По мере уменьшения концентрации исходного вещества скорость реакции пропорционально линейно уменьшается.Мономолекулярная химическая реакция, где скорость реакции зависит от квадрата концентрации исходного вещества, является реакцией второго порядка. Порядок исходных веществ равен двум, и концентрация исходных веществ возводится во вторую степень. Соответственно, скорость реакции второго порядка напрямую зависит от квадрата концентрации исходного вещества.По мере уменьшения концентрации исходного вещества скорость реакции уменьшается экспоненциально со степенью 2.

13.3:

Закон о концентрации и скорости

На скорость реакции влияют концентрации реагентов. Законы нормы (законы о дифференциальной скорости) или уравнения ставок — это математические выражения, описывающие соотношение между скоростью химической реакции и концентрацией ее реагенты.

Например, в общей реакции AA + BB ⟶ продукты, где a и b являются стехиометрическими коэффициентами, закон о ставке можно записать как:

 Eq1

[A] и [B] представляют собой молярные концентрации реагенты, а k — константу скорости, которая характерна для конкретной реакции при определенной температуре.

Экспоненты m и n являются порядками реакции и обычно являются положительными целыми числами, хотя они могут быть дроби, отрицательными или нулевыми.

Константа скорости k и порядки реакции m и n определяются экспериментально путем наблюдения за изменением скорости реакции по мере изменения концентраций реагенты. Константа скорости k не зависит от концентраций реагент, но изменяется в зависимости от температуры.

В указаниях на реакцию в законе о ставке описывается математическая зависимость скорости от концентраций реагент. Ссылаясь на общий закон о ставке (Rate = k[A]m[B]n), реакция является порядком m относительно ПОРЯДКА A и n относительно B. например, если m = 1 и n = 2, Реакция является первой в порядке А и второй в B. Общий порядок реакции — это просто сумма ордеров для каждого реагент. Например, закон ставок здесь, реакция является третьим общим порядком (1 + 2 = 3).

Общий экспериментальный подход к определению норм внесения является методом начальных ставок. Этот метод включает в себя измерение скорости реакции для нескольких экспериментальных исследований, проведенных с использованием различных начальных концентраций реагент. Сравнение измеренных ставок для этих испытаний позволяет определить порядок действий и, впоследствии, константу ставок, которая вместе используется для формулирования закона ставок.

Законы о норме могут представлять дробные приказы для некоторых реагенты, а иногда при увеличении концентрации одного реагент происходит снижение скорости реакции. Важно отметить, что законы о частоте определяются только экспериментом и не могут быть надежно предсказаны стехиометрией реакции.

Порядок реакции определяет соотношение между скоростью реакции и концентрацией реагенты или продуктов.

• в реакции нулевого порядка концентрация реагенты не оказывает никакого влияния на скорость реакции, которая остается постоянной на протяжении всего процесса.
• в реакции первого порядка скорость реакции прямо и линейно пропорциональна изменению концентрации реагент. По мере снижения концентрации реагент скорость реакции также пропорционально уменьшается.
• в реакциях второго порядка или более высокого порядка скорость реакции пропорциональна экспоненциальному значению реагенты. Поэтому по мере развития реакции и снижения концентрации реагенты скорость реакции уменьшается экспоненциально.

Этот текст был адаптирован к Openstax, Химия 2е изд., раздел 12.3: Законы о тарифе.