13.3: Hız Yasasının Konsantre Hali

Bir reaksiyonun hızı, reaktanların konsantrasyonlarından etkilenir. Hız yasaları (diferansiyel hız yasaları) veya hız denklemleri, bir kimyasal reaksiyonun hızı ile reaktanlarının konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi tanımlayan matematiksel ifadelerdir.

Örneğin, a ve b'nin stokiyometrik katsayılar olduğu genel bir reaksiyon olan aA + bB ⟶ Ürünler; oran yasası şu şekilde yazılabilir:

[A] ve [B], reaktanların molar konsantrasyonlarını temsil eder ve k, belirli bir sıcaklıkta belirli bir reaksiyon için spesifik olan hız sabitidir.

m ve n üsleri reaksiyon sıralarıdır ve genellikle pozitif tamsayılardır, ancak kesirler, negatif veya sıfır da olabilirler.

Hız sabiti k ve reaksiyon sıraları m ve n, reaktanların konsantrasyonları değiştikçe bir reaksiyon hızının nasıl değiştiği gözlemlenerek deneysel olarak belirlenir. Hız sabiti k, reaktan konsantrasyonlarından bağımsızdır, ancak sıcaklığa göre değişir.

Bir hız yasasındaki reaksiyon sıraları, hızın reaktan konsantrasyonlarına matematiksel bağımlılığını tanımlar. Genel oran yasasına (hız = k[A]^m[B]ⁿ) bakıldığında, reaksiyon B'ye göre A ve n mertebesine göre m mertebesidir.Örneğin, m = 1 ve n = 2 ise, reaksiyon A'da birinci mertebedir ve ikinci B. Genel reaksiyon sırası, her reaktan için sıraların toplamıdır. Buradaki örnek oran yasası için, reaksiyon genel olarak üçüncü derecedir (1 + 2 = 3).

Oran yasalarının belirlenmesine yönelik yaygın bir deneysel yaklaşım, başlangıç oranlarının yöntemidir. Bu yöntem, farklı başlangıç reaktan konsantrasyonları kullanılarak gerçekleştirilen çoklu deneysel denemeler için reaksiyon hızlarının ölçülmesini içerir. Bu denemeler için ölçülen hızların karşılaştırılması, birlikte bir oran yasasını formüle etmek için kullanılan reaksiyon sıralarının ve ardından hız sabitinin belirlenmesine izin verir.

Hız yasaları bazı reaktanlar için kesirli sıralar gösterebilir ve bazen bir reaktantın konsantrasyonundaki bir artış reaksiyon hızında bir düşüşe neden olduğunda negatif reaksiyon sıraları gözlemlenir. Hız yasalarının yalnızca deneyle belirlendiğini ve reaksiyon stokiyometrisi ile güvenilir bir şekilde tahmin edilmediğini unutmamak önemlidir.

Reaksiyon sırası, reaksiyon hızı ile reaktanların veya ürünlerin konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi belirler.

• Sıfır dereceli bir reaksiyonda, reaktanların konsantrasyonu, reaksiyon boyunca sabit kalan reaksiyon hızı üzerinde herhangi bir etkiye sahip değildir.
• Birinci dereceden bir reaksiyonda, reaksiyon hızı, reaktan konsantrasyonundaki değişiklikle doğrudan ve doğrusal orantılıdır. Reaktan konsantrasyonu azaldıkça, reaksiyon hızı da orantılı olarak azalır.
• İkinci dereceden veya daha yüksek dereceden reaksiyonlarda, reaksiyon hızı, reaktanların üstel değeriyle orantılıdır. Bu nedenle, reaksiyon ilerledikçe ve reaktanların konsantrasyonu azaldıkça, reaksiyon hızı üssel olarak azalır.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 12.3: Rate Laws.

Bir reaksiyonun hızı genellikle reaktan konsantrasyonlarına bağlıdır. Herhangi bir reaksiyon için, reaksiyon hızı ile reaktan konsantrasyonları arasındaki ilişki, bir hız yasası veya hız denklemi kullanılarak matematiksel olarak ifade edilebilir. Hız yasasında, k orantılılık sabiti veya hız sabitidir ve n, değeri genellikle bir tam sayı olan tek bir reaktant ile ilgili olarak reaksiyon sırasıdır.

Çok reaktantlı reaksiyonlar için hız kanunlarında, genel reaksiyon sırası, tüm reaktan siparişlerinin toplamıdır. Her reaktan için, reaksiyon hızı, hız sabiti, konsantrasyon ve reaksiyon sırası deneysel olarak belirlenir. Oran yasası, tüm bu parametreler arasındaki ilişkiyi ifade eder.

Ayrı ayrı reaktan sıraları genellikle 0, 1 veya 2 değerlerini alır ve genel reaksiyon sırasına göre kimyasal reaksiyonlar sıfır dereceli, birinci dereceden veya ikinci dereceden reaksiyonlar olarak kategorize edilebilir. Reaksiyon hızının süresi boyunca sabit kaldığı tek reaktanlı veya tek moleküllü kimyasal reaksiyon sıfır dereceli bir reaksiyondur. Sıfır dereceli bir reaksiyondaki reaktan sırası sıfırdır ve hız kanununa göre reaktan konsantrasyonu sıfırıncı güce yükseltilir.

Sıfırıncı güce yükseltilen herhangi bir sayının değeri bir olduğundan, sıfır dereceli bir reaksiyonun reaksiyon hızı, hız sabitine eşittir ve dolayısıyla, reaktan konsantrasyonundan bağımsızdır. Bu nedenle, sıfır dereceli bir reaksiyonda, reaktantın konsantrasyonu azalsa bile reaksiyon hızı yavaşlamaz. Reaksiyon hızının reaktanın konsantrasyonu ile doğru orantılı olduğu tek moleküllü bir kimyasal reaksiyon, birinci dereceden bir reaksiyondur.

Birinci dereceden bir reaksiyon için reaktan sırası birdir ve hız yasasına göre reaktantın konsantrasyonu birinci güce yükseltilir. Birinin gücüne yükseltilen herhangi bir sayının değeri aynı kaldığından, birinci dereceden bir reaksiyonun reaksiyon hızı, doğrudan reaktan konsantrasyonuna bağlıdır. Reaktan konsantrasyonu azaldıkça, reaksiyon hızı orantılı olarak doğrusal bir şekilde azalır.

Reaksiyon hızının reaktant konsantrasyonunun karesine bağlı olduğu tek moleküllü bir kimyasal reaksiyon, ikinci dereceden bir reaksiyondur. Reaktan sırası ikidir ve reaktan konsantrasyonu ikinci güce yükseltilir. Buna göre, ikinci dereceden bir reaksiyondaki reaksiyon hızı, doğrudan reaktan konsantrasyonunun karesine bağlıdır.

Reaktan konsantrasyonu azaldıkça, reaksiyon hızı ikinci dereceden bir şekilde üssel olarak azalır.