Konsantrasyon Bağımlılığı
Kimyasal Kinetik ve Reaksiyon Hızı Kanunu
Kimyasal kinetik, bir kimyasal reaksiyonun hızını veya hızını ifade eder. Hız, reaksiyondaki mekanizmaya, ka…
Bir reaksiyonun ne kadar hızlı ilerlediğinin ölçüsüne reaksiyon hızı denir. Tek adımlı bir reaksiyon için hız, her bir reaktantın veya ürünün zaman içindeki konsantrasyonundaki değişimin, karşılık gelen stokiyometrik katsayının tersi ile çarpımına eşittir. Zaman içinde konsantrasyondaki değişimi, t zamanındaki konsantrasyon eksi başlangıç konsantrasyonunun t'ye bölünmesi olarak düşünebilirsiniz. Reaksiyon hızları her zaman pozitiftir, bu nedenle reaktan ifadeleri negatif işaretlere sahiptir. Bu oranlar çok adımlı reaksiyonlarda eşit olmayabilir, ancak yine de bu ilişkiyi genel reaksiyon için bir tahmin olarak kullanabiliriz.
Hız yasası veya hız denklemi, reaksiyonun hızı ile reaktan konsantrasyonları arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bu denklemde, k hız sabitidir, A ve B iki reaktandır ve m ve n ilgili reaksiyon sıralarıdır. Reaksiyon sırası, bir reaktantın konsantrasyonu ile hız arasındaki ilişkiyi tanımlar ve stokiyometri ile ilgili değildir. Reaksiyon sırasının, dengeli denklemdeki reaktantın katsayısı ile aynı olmadığını hatırlamak çok önemlidir.
Bir reaksiyon iki veya daha fazla reaktan içerdiğinde, her bir reaktan için reaksiyon sırasını dikkate almalıyız. Genel reaksiyon sırası, reaktanların reaksiyon sıralarının toplamına eşittir. Örneğin, reaktan A birinci dereceden ve reaktan B sıfır dereceden ise, genel reaksiyon sırası birdir. Basit reaksiyonlardaki en yaygın reaksiyon sıraları sıfır dereceden, birinci dereceden ve ikinci derecedendir. Örnek olarak tek moleküllü bir reaksiyon kullanarak bunları inceleyelim.
Reaksiyon sıfır mertebede ise, reaktan konsantrasyonunun reaksiyon hızı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu nedenle, reaksiyon hızı, hız sabiti olan k'ye eşittir. Konsantrasyona göre reaksiyon hızının bir grafiği yatay bir çizgidir.
Birinci dereceden ilişkilerde, reaktan konsantrasyonu, reaksiyon hızı ile doğrusal olarak ilişkilidir. Bu nedenle, oran, hız sabiti ile reaktan konsantrasyonunun çarpımına eşittir. Konsantrasyona göre reaksiyon hızının bir grafiği, eğim olarak k ile doğrusal olacaktır.
Reaksiyon ikinci dereceden ise, konsantrasyon ve hız arasında ikinci dereceden bir ilişki vardır. Bu nedenle, oran, oran sabiti ile konsantrasyonun karesine eşittir. Konsantrasyona göre oranın bir grafiği, eğim olarak k ile parabolik olacaktır.
Hız sabiti, k, reaksiyonun aktivasyon enerjisini reaksiyon hızıyla ilişkilendiren sıcaklığa bağlı bir değerdir. Bunu bir sonraki laboratuvar deneyinde keşfedeceksiniz.
Reaksiyon hızları tipik olarak saniyede litre başına mol olarak verilir. Oran, reaksiyon sırasından bağımsız olarak aynı birimlere sahiptir. Bu nedenle, hız sabiti, reaksiyon sırasına bağlı olarak farklı birimlere sahiptir. Örneğin, A birinci dereceden ve B sıfır dereceden ise, oran denkleminde litre başına bir mol örneğimiz olur. Bu nedenle, hız sabiti ters saniye cinsinden olmalıdır.
Peki reaksiyon sırasını nasıl belirleriz? Reaksiyon sırası, bir dizi test kullanılarak deneysel olarak belirlenmelidir. İki reaktanınız varsa, bir yöntem, bir reaktantın konsantrasyonunu sabit tutmak, diğerini değiştirmek ve belirli bir miktarda ürün yapmanın ne kadar sürdüğünü ölçmektir. Aynı işlem ikinci reaktan için de tekrarlanır. Daha sonra, reaktanların değişen konsantrasyonuna karşı oranı çizerek ve sıfır, birinci veya ikinci dereceden bir grafik gibi görünüp görünmediğini görerek her bir reaktan için sırayı tahmin edebilirsiniz. Verilerinizi karşılık gelen oran denklemiyle eşleştirmek, k'yi hesaplamanıza da olanak tanır.
Bu laboratuvarda, iki reaktanın reaksiyon sıralarını, konsantrasyonlarını değiştirerek ve reaksiyonun çözeltiyi opak hale getirmek için ilerlemesinin ne kadar sürdüğünü zamanlayarak belirleyeceksiniz.
Bir reaksiyonun ne kadar hızlı ilerlediğinin ölçüsüne reaksiyon hızı denir. Tek adımlı bir reaksiyon için hız, her bir reaktantın veya ürünün zaman içindeki konsantrasyonundaki değişimin, karşılık gelen stokiyometrik katsayının tersi ile çarpımına eşittir. Zaman içinde konsantrasyondaki değişimi, t zamanındaki konsantrasyon eksi başlangıç konsantrasyonunun t'ye bölünmesi olarak düşünebilirsiniz. Reaksiyon hızları her zaman pozitiftir, bu nedenle reaktan ifadeleri negatif işaretlere sahiptir. Bu oranlar çok adımlı reaksiyonlarda eşit olmayabilir, ancak yine de bu ilişkiyi genel reaksiyon için bir tahmin olarak kullanabiliriz.
Hız yasası veya hız denklemi, reaksiyonun hızı ile reaktan konsantrasyonları arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bu denklemde, k hız sabitidir, A ve B iki reaktandır ve m ve n ilgili reaksiyon sıralarıdır. Reaksiyon sırası, bir reaktantın konsantrasyonu ile hız arasındaki ilişkiyi tanımlar ve stokiyometri ile ilgili değildir. Reaksiyon sırasının, dengeli denklemdeki reaktantın katsayısı ile aynı olmadığını hatırlamak çok önemlidir.
Bir reaksiyon iki veya daha fazla reaktan içerdiğinde, her bir reaktan için reaksiyon sırasını dikkate almalıyız. Genel reaksiyon sırası, reaktanların reaksiyon sıralarının toplamına eşittir. Örneğin, reaktan A birinci dereceden ve reaktan B sıfır dereceden ise, genel reaksiyon sırası birdir. Basit reaksiyonlardaki en yaygın reaksiyon sıraları sıfır dereceden, birinci dereceden ve ikinci derecedendir. Örnek olarak tek moleküllü bir reaksiyon kullanarak bunları inceleyelim.
Reaksiyon sıfır mertebede ise, reaktan konsantrasyonunun reaksiyon hızı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu nedenle, reaksiyon hızı, hız sabiti olan k'ye eşittir. Konsantrasyona göre reaksiyon hızının bir grafiği yatay bir çizgidir.
Birinci dereceden ilişkilerde, reaktan konsantrasyonu, reaksiyon hızı ile doğrusal olarak ilişkilidir. Bu nedenle, oran, hız sabiti ile reaktan konsantrasyonunun çarpımına eşittir. Konsantrasyona göre reaksiyon hızının bir grafiği, eğim olarak k ile doğrusal olacaktır.
Reaksiyon ikinci dereceden ise, konsantrasyon ve hız arasında ikinci dereceden bir ilişki vardır. Bu nedenle, oran, oran sabiti ile konsantrasyonun karesine eşittir. Konsantrasyona göre oranın bir grafiği, eğim olarak k ile parabolik olacaktır.
Hız sabiti, k, reaksiyonun aktivasyon enerjisini reaksiyon hızıyla ilişkilendiren sıcaklığa bağlı bir değerdir. Bunu bir sonraki laboratuvar deneyinde keşfedeceksiniz.
Reaksiyon hızları tipik olarak saniyede litre başına mol olarak verilir. Oran, reaksiyon sırasından bağımsız olarak aynı birimlere sahiptir. Bu nedenle, hız sabiti, reaksiyon sırasına bağlı olarak farklı birimlere sahiptir. Örneğin, A birinci dereceden ve B sıfır dereceden ise, oran denkleminde litre başına bir mol örneğimiz olur. Bu nedenle, hız sabiti ters saniye cinsinden olmalıdır.
Peki reaksiyon sırasını nasıl belirleriz? Reaksiyon sırası, bir dizi test kullanılarak deneysel olarak belirlenmelidir. İki reaktanınız varsa, bir yöntem, bir reaktantın konsantrasyonunu sabit tutmak, diğerini değiştirmek ve belirli bir miktarda ürün yapmanın ne kadar sürdüğünü ölçmektir. Aynı işlem ikinci reaktan için de tekrarlanır. Daha sonra, reaktanların değişen konsantrasyonuna karşı oranı çizerek ve sıfır, birinci veya ikinci dereceden bir grafik gibi görünüp görünmediğini görerek her bir reaktan için sırayı tahmin edebilirsiniz. Verilerinizi karşılık gelen oran denklemiyle eşleştirmek, k'yi hesaplamanıza da olanak tanır.
Bu laboratuvarda, iki reaktanın reaksiyon sıralarını, konsantrasyonlarını değiştirerek ve reaksiyonun çözeltiyi opak hale getirmek için ilerlemesinin ne kadar sürdüğünü zamanlayarak belirleyeceksiniz.
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: What is the difference between reaction order and stoichiometric coefficients?
Reaction order describes how reactant concentration affects reaction rate and must be determined experimentally. Stoichiometric coefficients are the numbers in the balanced chemical equation and do not determine reaction order. For example, a reactant with a coefficient of 2 could be zero-order, first-order, or second-order depending on its actual relationship to the reaction rate.
Q2: How does concentration affect the reaction rate in a zero-order reaction?
In a zero-order reaction, reactant concentration has no effect on the reaction rate. The rate equals only the rate constant k, making the reaction rate independent of how much reactant is present. A graph of reaction rate versus concentration appears as a horizontal line.
Q3: What is the mathematical relationship between concentration and rate in first-order reactions?
In first-order reactions, reactant concentration is linearly related to the reaction rate. The rate equation is rate = k[A], where k is the rate constant and [A] is the reactant concentration. Doubling the concentration doubles the reaction rate, and the graph is linear with slope k.
Q4: How does doubling a reactant's concentration affect a second-order reaction?
In second-order reactions, there is a quadratic relationship between concentration and rate. When you double the reactant concentration, the reaction rate increases by a factor of four. The rate equation is rate = k[A]², and the concentration-versus-rate graph appears parabolic.
Q5: Why does the rate constant have different units depending on reaction order?
The rate constant k must have units that make the overall rate expression equal moles per liter per second. For zero-order reactions, k has units M/s. For first-order, k is 1/s. For second-order, k is 1/(M·s). The units adjust so the rate always has consistent dimensions regardless of reaction order.
Q6: What experimental method is used to determine the reaction order of each reactant?
To determine reaction order, hold one reactant's concentration constant while varying the other, then measure the time for the reaction to progress to a visible endpoint. Repeat for each reactant. Compare how reaction time changes with concentration: constant time indicates zero-order, linear changes indicate first-order, and a factor-of-four change when concentration doubles indicates second-order.
Q7: How is the overall reaction order calculated when a reaction has multiple reactants?
The overall reaction order is the sum of the individual reaction orders for each reactant. For example, if reactant A is first-order (m = 1) and reactant B is zero-order (n = 0), the overall reaction order is one. This sum determines how the combined concentrations of all reactants affect the total reaction rate.