13.4
Dereceli Reaksiyonları Tanımlama
Hız yasaları, bir kimyasal reaksiyonun hızı ile reaktanlarının konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bir hız yasasında, hız sabiti k ve reaksiy…
Bir kimyasal reaksiyon için hız yasası, reaksiyon hızı ile reaktan konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi ifade eder. Reaktan konsantrasyonlarının üsleri, reaksiyon hızını ayrı ayrı etkiler ve reaksiyon derecesi olarak adlandırılır. Reaksiyon derecesi, ilk reaksiyon hızlarını ölçmek için bir kimyasal reaksiyonun çeşitli reaktan konsantrasyonları ile birçok kez tekrarlandığı başlangıç oranları yöntemi kullanılarak deneysel olarak belirlenir.
Reaktan konsantrasyonundaki artış, reaksiyon hızında doğru orantılı bir artış meydana getirir ve birinci dereceden bir reaksiyonu karakterize eder. Reaktan konsantrasyonunun iki katına çıkarılması başlangıç hızını dört katına çıkarırsa, ikinci dereceden bir reaksiyon gözlemlenir. Bununla birlikte, reaktan konsantrasyonlarının değişmesi başlangıç hız değerlerini etkilemezse, sıfır dereceli bir reaksiyon gözlenir.
Başlangıç oranlarının elde edilen verileri, başlangıçtaki reaktan konsantrasyonundaki değişim ile karşılık gelen oran arasında sabit olmayan bir ilişki görüldüğünde, oran yasalarının bir oranı hesaplanır. Burada, reaksiyon sırasını belirlemek için reaktantın herhangi iki konsantrasyon değeri ve bunlara karşılık gelen reaksiyon hızları kullanılır. Peki ya birden çok reaktanlı reaksiyonlar?
İlk olarak, başlangıç oranları yöntemini kullanarak, her bir reaktantın reaksiyon derecesi ayrı ayrı belirlenir. Daha sonra, tek tek reaksiyon dereceleri, hız yasasını formüle etmek için ilgili reaktan konsantrasyonlarının üsleri olarak ifade edilir. Son olarak, hız yasasındaki tek tek üslerin toplamı, genel reaksiyon derecesini verir.
Reaksiyon derecesi, reaksiyon hızının reaktan konsantrasyonuna bağımlılığını gösterirken, nispi reaksiyon hızının doğrudan bir ölçüsü, hız sabiti ile gösterilir. Hız sabiti k, reaksiyon hızını reaktan konsantrasyonlarının çarpımı ile ilişkilendiren orantılılık katsayısıdır. Bir hız sabitinin birimi genel reaksiyon derecesine bağlıdır ve hız sabitini çözmek için hız yasasını yeniden düzenleyerek belirlenebilir.
Sıfır dereceli bir reaksiyon için k, saniye başına birim molariteye sahiptir. Birinci dereceden reaksiyon için birim saniyede birdir ve ikinci derece reaksiyon için molarite-saniyede birdir. Büyük bir hız sabiti, bir reaksiyonun hızlı olduğunu gösterir.
Tersine, daha küçük bir hız sabiti, yavaş bir reaksiyonu gösterir. Sıfır değeri, herhangi bir kimyasal reaksiyonun olmadığını gösterir.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the method of initial rates and how is it used to determine reaction order?
The method of initial rates involves repeating a chemical reaction multiple times with varying reactant concentrations to measure initial reaction rates. By comparing how the rate changes when concentration changes, you can determine the reaction order for each reactant. If doubling concentration doubles the rate, the reaction is first-order; if it quadruples the rate, it is second-order.
Q2: How do you determine the overall reaction order for a reaction with multiple reactants?
First, use the method of initial rates to determine the reaction order of each reactant individually by varying one reactant while keeping others constant. Then express these individual orders as exponents in the rate law equation. The overall reaction order equals the sum of all individual exponents from the rate law.
Q3: What does the rate constant represent and how does its value relate to reaction speed?
The rate constant k is the proportionality coefficient in the rate law that relates reaction rate to reactant concentrations. A large rate constant indicates a fast reaction, while a smaller rate constant indicates a slow reaction. A value of zero signifies the absence of any chemical reaction.
Q4: Why do rate constant units vary depending on the overall reaction order?
Rate constant units depend on the overall reaction order because the rate law must always produce rate units of mol/L·s. For zero-order reactions, k has units of mol/L·s. For first-order, k is 1/s. For second-order, k is 1/M·s. The units adjust so that multiplying k by concentration terms yields the correct rate units.
Q5: What is a ratio of rate laws and when is it used?
A ratio of rate laws is an algebraic approach used when initial rate data does not directly show the relationship between concentration and rate. By dividing one rate law equation by another using data from two different trials, concentration terms cancel out, allowing you to solve for the reaction order without calculating the rate constant first.
Q6: How do you calculate the rate constant once you know the reaction order?
Once you determine the reaction order and formulate the rate law, substitute the concentration and rate values from any experimental trial into the rate law equation. Solve algebraically for k. The units of k are determined by rearranging the rate law so that rate units of mol/L·s are produced when k is multiplied by the concentration terms.
Q7: Can reaction orders be predicted from the stoichiometric coefficients in a chemical equation?
No. Although reaction orders sometimes coincidentally match stoichiometric coefficients, this is not reliable. Rate laws may exhibit fractional orders or negative orders, and they are determined experimentally only. Stoichiometry alone cannot predict how reactant concentration affects reaction rate. The integrated rate law the dependence of concentration on time provides predictive tools instead.