Konsantrasyon Bağımlılığı

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.