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Déterminer les lois de taux et de l’ordre de réaction
 

Déterminer les lois de taux et de l’ordre de réaction

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Toutes les réactions chimiques ont un taux spécifique, qui définit la vitesse à laquelle les réactifs se transformer en produits.

Réactions chimiques sont régies par deux facteurs : cinétique et thermodynamique. Les facteurs thermodynamiques représentent ou non une réaction se produira, et si elle absorbe dégage de l’énergie au cours du processus.

Cinétique se réfère au taux d’une réaction chimique, et à quelle vitesse le système atteint l’équilibre. La cinétique d’une réaction est décrite par la Loi de vitesse cinétique, qui définit le taux basé sur une constante de vitesse de réaction, la concentration des composants et l’ordre de la réaction.

Cette vidéo va introduire la cinétique de la réaction à l’aide de l’équation de vitesse droit et démontrera comment déterminer la Loi de vitesse pour une certaine réaction en laboratoire.

Pour une réaction générale, la vitesse de réaction est égale à la constante de vitesse fois les concentrations des réactifs, chacun porté à un ordre de la réaction. Le taux constant, k, est fixé pour une réaction à une température donnée.

Les ordres de réaction sont indépendantes des coefficients stoechiométriques. Au lieu de cela, ils dépendent du mécanisme de réaction et illustrent la façon dont le taux est lié à la concentration des réactifs. Par exemple, si la vitesse de réaction est inchangée lorsque la concentration de « A » double, alors que la réaction ne dépend pas de concentration, et l’ordre est égal à zéro.

Si le taux double lorsque la concentration du réactif « A » double, puis la réaction est du premier ordre en ce qui concerne les « a ». Le même comportement est vrai pour réactif « B ». L’ordre d’une réaction correspond à la somme des commandes réaction individuelle de chaque réactif.

Lors d’une réaction, la concentration des réactifs change avec le temps. Notez que que le basic taux équation ne comprend pas le temps comme variable et ne peut concerner des taux et la concentration à un moment précis. Toutefois, le taux de change que la réaction se produit et que les réactifs sont épuisés. À l’aide d’un différentiel de taux droit peut concerner le changement de concentration à temps.

La loi cinétique d’une réaction doit être déterminée expérimentalement, où une réaction chimique est soigneusement contrôlée à une température constante de la température et la concentration des réactifs ou des produits mesurés à intervalles spécifiques. Étant donné que les mesures de concentration sont faites à des moments distincts, le différentiel de taux droit est difficile à mettre en corrélation aux données expérimentales.

Intégrant les résultats de droit du différentiel de taux dans une équation plus simple, appelée la Loi de vitesse intégré. La Loi de vitesse intégré compare les concentrations des réactifs au début de la réaction et à une heure spécifiée.

L’équation de loi de vitesse intégrée varie en fonction de l’ordre de la réaction. Ces équations peuvent prendre la forme linéaire y = mx + b. Ainsi, un terrain de temps de concentration vs donne un tracé linéaire pour une équation d’ordre zéro, une parcelle de logarithme naturel de concentration temps vs donne un tracé linéaire pour une équation d’ordre premier et ainsi de suite. En ajustant les données expérimentales de ces équations, l’ordre d’une réaction peut être facilement identifié. Le taux constant, k, peut décider à l’aide de la pente de la droite. Enfin, les unités de k varient selon l’ordre de la réaction. Pour une réaction d’ordre zéro, les unités sont moles par litre par seconde, pour une première réaction de l’ordre, les unités sont inverses secondes et pour une seconde réaction de commander les unités sont litres par mole par seconde.

Maintenant que les bases des lois cinétiques ont été expliqués, jetons un oeil à la façon de déterminer expérimentalement la Loi de vitesse pour la décomposition du peroxyde d’hydrogène à l’eau et l’oxygène.

Dans cette expérience, la décomposition catalytique du peroxyde d’hydrogène sur un catalyseur platine est explorée.

Tout d’abord, préparer des 5 dilutions du peroxyde d’hydrogène, comme indiqué dans le tableau. Dans ce cas, les concentrations varient de 0,882 – 0,176 M, en utilisant une solution mère de 0,882 M ou 3 %. Laissez les solutions s’équilibrer à température ambiante.

Ensuite, préparer la cuve de réaction à l’aide d’un tube à essai. Tout d’abord déterminer le volume en remplissant un grand tube vers le haut avec de l’eau. Ensuite, insérez un bouchon en caoutchouc 1 trou jusqu'à ce qu’il est étanche et l’eau pousse hors du trou par le dessus.

Retirer le bouchon et versez l’eau dans un cylindre gradué pour mesurer le volume exact. Il s’agit du volume de la cuve de réaction.

Ensuite, versez 50 mL de la première solution de peroxyde d’hydrogène dans le tube à essai et ensuite placer le tube dans le bain d’eau de 25 ° C. Une fois équilibrée, ajouter un disque de platine réaction couché et sceller le système avec un bouchon relié à un capteur de pression de gaz.

Un des produits étant l’oxygène gazeux, l’augmentation de pression dans le système est utilisée pour mesurer l’augmentation de l’oxygène. Mettre en place le capteur de pression pour acquérir des données à 2 points par s, puis exécutez que l’expérience pour 120 s. bulles doit être visible comme le peroxyde se décompose en eau et en oxygène.

Lorsque la durée de la réaction est terminée, relâcher la pression et de disposer de la solution de peroxyde. Rincer le tube, puis remplir le tube avec la prochaine solution de peroxyde d’hydrogène. Recommencez la mesure de pression de gaz pour toutes les solutions.

Tracer la pression par rapport aux données de temps pour chaque solution. La pression d’oxygène évoluée est directement proportionnelle aux moles d’oxygène constituée selon la Loi des gaz parfaits. Suite à la réaction chimique, les moles d’oxygène formé peuvent être utilisés pour calculer les moles d’eau oxygénée décomposée. Supposons d’abord que la concentration du peroxyde d’hydrogène ne modifiait pas significativement au cours de la courte durée de l’expérience. Ainsi, les données restituées représentent uniquement la zone initiale de l’expérience de cinétique.

Déterminer la pente de chaque ensemble de données à l’aide d’une régression linéaire. La pente est égale à la vitesse de la réaction initiale dans les unités de pression de l’oxygène par seconde.

Ensuite, tracer de logarithme naturel de la réaction initiale taux vs le logarithme naturel de la concentration initiale de peroxyde. La pente est égale à l’ordre de la réaction, m et est environ égale à un. Par conséquent, la réaction est du premier ordre.

Le taux pour chaque essai est en unités de pression en Torr, par seconde. Pour déterminer la constante de vitesse, d’abord convertir le taux d’unités d’atmosphères par seconde. Parce que les bulles ont évolué dans la solution aqueuse, soustraire la pression de vapeur d’eau à la pression de système pour chaque essai. Ensuite, le nouveau taux reflète uniquement la pression due à l’évolution de l’oxygène.

Appliquer la Loi des gaz parfaits pour convertir le taux d’atmosphères en soi en moles par s pour chaque essai. Deux fois les moles d’oxygène produites sont égales aux taupes du peroxyde d’hydrogène que se décompose, selon la stoechiométrie de la réaction chimique. Ensuite, utilisez le volume réactionnel pour convertir les unités de la vitesse en molarité par seconde.

Déterminer les constantes de vitesse pour chaque essai en divisant le taux en molarité par s par la concentration initiale. Dans cette expérience, la constante de vitesse moyenne, k, est environ 1,48 x 10-4 par s. La réaction est du premier ordre, connu par le logarithme naturel - parcelle de logarithme naturel illustré précédemment. Par conséquent, la Loi de vitesse peut être écrit comme indiqué.

Maintenant que vous avez regardé comment déterminer la Loi de vitesse d’une réaction chimique, permet d’observer certains domaines où ce concept est appliqué.

Réactions chimiques sont utilisées dans la synthèse de composés et de matériaux utilisés dans un large éventail d’applications scientifiques. Il est important de comprendre la vitesse de réaction dans ces étapes de synthèse, afin de contrôler l’état d’avancement d’une réaction.

Par exemple, la synthèse de nanocristaux de séléniure de cadmium et nanotiges procède par une série de réactions chimiques. Chaque réaction a son propre taux de réaction discrète, et donc l’étape de la synthèse est soigneusement contrôlée basée sur la connaissance de vitesse de la réaction ; certains lent et certains très rapide.

La Loi de vitesse de réaction peut également être utilisée pour décrire la désintégration radioactive et déterminer la demi-vie des matières radioactives. Half-Life se réfère à la quantité de temps requis pour que la concentration d’un matériau à tomber à la moitié de sa concentration initiale.

Radioactivité suit la cinétique de premier ordre, ce qui signifie que le temps nécessaire pour les matières radioactives à décliner à un coffre-fort niveau peut être très bien caractérisé, permettant le bon transport et le stockage de matières radioactives et de déchets radioactifs.

Similaires aux matières radioactives, les médicaments aussi ont une demi-vie et dégradent dans le corps. Par exemple, certains médicaments ont des constantes de vitesse élevée, ce qui signifie qu’ils se dégradent rapidement et il faut souvent. La connaissance de ce taux de dégradation permet la détermination de la méthode de livraison, l’utilisation et la posologie appropriée.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE aux vitesses de réaction. Vous devez maintenant comprendre les différents ordres de réactions chimiques, comment ils se rapportent à des taux de réaction chimique et comment déterminer la Loi de vitesse d’une réaction chimique donnée en laboratoire.

Merci de regarder !

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