13.1
Reaksiyon Hızı
Reaksiyon hızı, birim zamanda bir reaktan veya ürün miktarındaki değişikliktir. Bu nedenle reaksiyon hızları, reaktan veya ürün miktarları ile ilgili…
Kimyasal bir reaksiyon, reaktanların ürünlere kimyasal bir şekilde dönüşümünü içerir. Reaksiyon ilerledikçe, ürünlerin konsantrasyonu artarken reaktanların konsantrasyonu azalır. Reaktanların ve ürünlerin konsantrasyonlarındaki bu varyans, zamanın bir fonksiyonu olarak bir grafik şeklinde çizilebilir.
Bir reaksiyonun ilerleme hızına reaksiyon hızı denir. Reaktiflerin kaybolma oranını veya ürünlerin görünme oranını ölçer ve saniye başına molarite birimleri olarak ifade edilir. Ortalama reaksiyon hızı, belirli bir süre boyunca reaktanların veya ürünlerin konsantrasyonlarındaki değişiklikten hesaplanabilir.
Molar konsantrasyon değeri, parantez içinde gösterilir, t, süreyi belirtir ve delta sembolü, değişim"i temsil eder. Bir kimyasal reaksiyon sırasında reaktanlar tükendiğinden, reaktanların konsantrasyon değişiminin değeri her zaman negatiftir. Bu nedenle, reaktanlar cinsinden hesaplanan bir reaksiyon hızı, genel değeri pozitif yapmak için bir negatif işaret ile desteklenir.
Reaksiyon hızı, reaksiyon boyunca tekdüze değildir. Reaksiyonun başlangıcındaki sıfır zamanı'hızına ilk reaksiyon hızı denir. Reaktiflerin konsantrasyonları azaldıkça, reaksiyon hızı düşer veya reaksiyon yavaşlar.
Belirli bir zaman noktasındaki reaksiyon hızı veya anlık reaksiyon hızı, ilgili zamanda, reaktanlar veya ürünler için reaksiyon eğrisine çizilen bir teğetin eğimi hesaplanarak ölçülür. Belirli bir zaman noktasındaki eğim değeri veya anlık hız, tüm reaktanlar ve ürünler için eşittir. Bir kimyasal reaksiyonun reaksiyon hızı, aynı zamanda, reaktanların ve ürünlerin gerçek stokiometrik katsayılarını da yansıtır.
Dolayısıyla, A'nın bir molünün b mol B ile reaksiyona girdiği, c mol C ve d mol D ürettiği herhangi bir dengeli reaksiyon için, reaksiyon hızı genel formül kullanılarak ifade edilebilir ve hesaplanabilir:eksi 1/a çarpı zamanla reaktan A konsantrasyonundaki değişiklik, eşittir eksi 1/b çarpı zamanla reaktan B konsantrasyonundaki değişiklik. Bu değerler artı 1/c çarpı, zamanla reaktan B konsantrasyonundaki değişim ile ve artı 1/d çarpı zamanla reaktan D konsantrasyonundaki değişim ile aynıdır. Reaksiyon hızlarının belirlenmesi, bir ilacın, katalizörün veya sentetik bir reaksiyonun işlevinde daha iyi kontrol edilebilmesi ve optimize edilebilmesi için ne kadar hızlı çalıştığını anlamaya yardımcı olan kimyasal kinetiği incelemek için çok önemlidir.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How is reaction rate defined and measured in chemistry?
Reaction rate measures the speed at which reactants disappear or products appear during a chemical reaction, expressed in molarity-per-second. It is calculated from the change in concentration of reactants or products over a specific time period. The average reaction rate can be determined by dividing the change in molar concentration by the change in time, using the formula: −Δ[concentration]/Δt for reactants or +Δ[concentration]/Δt for products.
Q2: Why is a negative sign used when calculating reaction rate from reactant concentration?
A negative sign is applied to reactant concentration changes because reactant concentrations decrease as a reaction progresses, making the change value negative. By convention, reaction rates are expressed as positive quantities. Multiplying the negative concentration change by −1 converts the rate to a positive value, ensuring consistent representation across all reaction rate calculations.
Q3: What is the difference between initial reaction rate and instantaneous reaction rate?
The initial reaction rate is the rate at time-zero, when the reaction begins. The instantaneous reaction rate is the rate at any specific moment during the reaction, calculated by finding the slope of a tangent line drawn to the concentration-versus-time curve at that point. As reactant concentrations decrease, the instantaneous reaction rate also decreases, showing that reactions slow down over time.
Q4: How does stoichiometry relate to reaction rate expressions?
Reaction rates reflect the stoichiometric coefficients of reactants and products in a balanced equation. For a reaction where a moles of A react with b moles of B to produce c moles of C, the rate expressions −1/a × Δ[A]/Δt, −1/b × Δ[B]/Δt, +1/c × Δ[C]/Δt, and +1/d × Δ[D]/Δt are all equal. This relationship ensures that rate values are consistent regardless of which reactant or product is used to express the rate.
Q5: How can you determine the instantaneous rate from a concentration-time graph?
The instantaneous rate at any time point is determined by calculating the slope of a tangent line drawn to the concentration-versus-time curve at that specific moment. The slope value represents the rate of change in concentration at that instant. This graphical method allows you to find the instantaneous rate at any time, including the initial rate at t = 0 and rates at later time points as the reaction proceeds.
Q6: Why does reaction rate change as a chemical reaction progresses?
Reaction rate is not uniform throughout a reaction because it depends on reactant concentration. As reactants are consumed, their concentrations decrease, which reduces the frequency of molecular collisions and slows the reaction. This is why the initial reaction rate is fastest and the rate decreases over time. Understanding this concentration dependence is essential for studying chemical kinetics and optimizing reaction conditions.
Q7: How can average reaction rate be calculated from experimental data?
Average reaction rate is calculated by measuring molar concentrations at the beginning and end of a time interval, then dividing the change in concentration by the change in time. This method provides a single rate value for the entire period. For more precise rate information at specific moments, the instantaneous rate can be determined using the integrated rate law the dependence of concentration on time, which relates concentration changes to specific time points.