Reakční kinetika
Přihlásit se
Reakční kinetika (3/18) · 10:39

Rychlostní rovnice a řád reakce Ukážeme si na jednoduchých příkladech, jak zjistit řád reakce z experimentálních dat.

Pojďme se podívat na reakci, kde reaguje složka A a B a poskytuje nějaké produkty. A malé "a" a malé "b" představují koeficienty pro naši vyčíslenou rovnici. Je logické, že pokud zvýšíme koncentrace A a B, A a B budou v prostoru blíže u sebe, a budou tedy ochotněji reagovat, čímž budou zvyšovat rychlost naší reakce. A to platí pro většinu reakcí. Pokud zvýšíte koncentraci vašich reaktantů, zvýšíte rychlost vaší reakce. Můžeme si to zkontrolovat pomocí některých experimentů. Takže řekněme, že chceme zjistit vliv koncentrace látky A na rychlost naší reakce. Takže vezmeme koncentraci látky B jako konstantu, vezmeme koncentraci B jako konstantu v našich experimentech. Změníme tedy koncentraci látky A a budeme sledovat, jaký vliv to má na rychlost naší reakce. Budeme používat počáteční rychlost reakce. To proto, že jak reakce běží, koncentrace produktů se zvyšuje. A protože reakce jsou vratné, pokud máme přítomny nějaké produkty, může to mít vliv na rychlost naší reakce. A to není náš cíl. Náš cíl je zjistit, jak koncentrace, jakým způsobem koncentrace reaktantů ovlivní rychlost naší reakce. Použijeme tedy počáteční rychlost, kdy jsou přítomny pouze reaktanty, a žádné produkty. Takže řekněme, že v našem prvním experimentu je koncentrace A rovna 1 molární. A rychlost naší reakce, počáteční rychlost naší reakce je 0,01 (molů na litr) za sekundu. A v druhém experimentu zvýšíme koncentraci látky A na 2 moly na litr. Koncentraci látky B tedy považujeme za konstantní, a pozorujeme, že rychlost reakce se zvýší na 0,02 (molů na litr) za sekundu. Takže jsme zvýšili koncentraci A dvojnásobně. A co se stalo s rychlostí reakce? Rychlost se zvýšila z 0,01 na 0,02. Takže rychlost se také zdvojnásobila. Dobrá, srovnejme tedy náš první experiment s třetím experimentem. Zvýšíme tedy koncentraci A z původní 1 molární na 3 molární koncentraci. Zvýšili jsme tedy koncentraci A trojnásobně. A co se stalo s rychlostí? Rychlost se zvýšila z 0,01 na 0,03. Takže rychlost se ztrojnásobila. Dobře, teď tedy k vyjasnění vztahu. Pokud se zamyslíte, tak 2 na kolikátou je rovno 2? Očividně je to 2 na prvou. 2 na prvou je rovno 2. OK, tohle můžeme udělat také pro další srovnání. 3 na kolik je rovno 3? 3 na prvou je rovno 3. Takže rychlost, rychlost naší reakce je úměrná ...a to je tady ten vtipný symbol tady... rychlost naší reakce je úměrná koncentraci látky A na prvou. OK, pojďme udělat to samé pro koncentraci látky B. Takže uděláme nějaké experimenty, kde budeme měnit koncentraci látky B, a budeme sledovat vliv na počáteční rychlost. Takže pro všechny případy zde, budeme mít koncentraci látky A konstantní, a tudíž cokoliv, co provedeme s koncentrací B, se odrazí na rychlosti naší reakce. Takže, v našem prvním experimentu, koncentrace B je 1 molární a rychlost reakce je 0,01 (mol na litr) za sekundu. Teď změníme koncentraci látky B na 2 molární. Zdvojnásobíme koncentraci B, zatímco koncentrace A bude konstantní. A sledujeme, že počáteční rychlost naší reakce je 0,04 (mol na litr) za sekundu. Takže jsme zvýšili koncentraci B, ale nikoliv A, moment, změním to... Zvýšili jsme koncentraci B dvojnásobně. Přešli jsme z 1 molárního na 2 molární roztok. Co se stalo s rychlostí? Rychlost se zvýšila z 0,01 na 0,04. Takže rychlost reakce jsme zvýšili 4 krát. Teď srovnejme náš první experiment S naším třetím experimentem. Zvýšíme koncentraci látky B z 1 molární na 3 molární. Takže jsme zvýšili koncentraci B trojnásobně. A co se stane s rychlostí? Rychlost se zvýší z 0,01 na 0,09. Zvýšili jsme rychlost reakce 9 krát. Takže teď se zamyslíme, 2 na kolikátou... ...řekněme třeba na 'Y'... ...2 na kolikátou je rovno 4? Samozřejmě, 'Y' bude rovno 2. Dva na druhou je rovno 4. Nebo 3 na kolikátou je rovno 9? Víme, že 3 na druhou je rovno 9. Takže jsme určili, že rychlost naší reakce je úměrná koncentraci látky B, a to kvadraticky. Teď to dáme dohromady. Můžeme to dát dohromady a psát to, čemu se říká takzvaný řád reakce. Zjistili jsme, že rychlost této reakce je úměrná koncentraci A lineární řadou. A víme, že rychlost je úměrná koncentraci látky B kvadraticky. Teď zavedeme takzvanou rychlostní konstantu 'k'. A ta představuje řád reakce. Takže si to pojďme projít jedno po druhém. Takže velké R je rychlost reakce, že? Toto je rychlost naší reakce. Je tak? 'k' je takzvaná rychlostní konstanta. Takže toto je rychlostní konstanta. A je rozdíl mezi rychlostí reakce a rychlostní konstantou. Pokud změníme koncentraci našich reaktantů, změníme rychlost reakce. Ale pokud změníme koncentraci našich reaktantů, Nezměníme rychlostní konstanty, že? Toto je konstanta. Závisí však na teplotě, a o tom budeme mluvit příště. Tady máme, že reakce je dána koncentrací látky A na prvou. Říkáme, že reakce je prvního řádu pro A. Takže říkáme, že naše reakce je prvního řádu pro A. A zjistili jsme, zjistili, že je druhého řádu pro B. Takže tady jsme měli 2. Tedy je to druhý řád, druhý řád pro B. A můžeme také mluvit o celkovém řádu naší reakce. Takže máme první řád pro A, a druhý řád pro B. Celkový řád, celkový řád by byl 1 plus 2, což je 3. Takže celkový řád reakce je 3. OK, pojďme zpátky na obecnou reakci, u které jsme začínali. Pojďme zpátky sem. Máme, máme toto. A teď napišme obecný výpočet rychlosti. Toto je naše reakce, takže obecný výpočet rychlosti reakce je roven rychlostní konstantě, vynásobené koncentrací A na Xtou, násobená koncentrací látky B na Ytou. A důvod, proč vám to ukazuji, je, abyste viděli, že nemůžete jednoduše vzít tyto koeficienty, nemůžete je jednoduše vzít a dát je sem. Takhle to nefunguje. Musíte znát mechanismus vaší reakce. Proto musí být řád reakce určen experimentem. Takže se musíte podívat na experimentální data. A řád ovlivňuje také jednotku vaší rychlostní konstanty. Například, pojďme zpátky sem. A přemýšlejme, jaká je jednotka rychlostní konstanty pro tento příklad. Takže rychlost reakce, rychlost reakce má jednotku v (mol na litr) za sekundu, že? To je (mol na litr) za sekundu. A my chceme zjistit jednotku pro 'k'. Jednotky koncentrací jsou moly na litr. Takže toto by bylo moly na litr, a toto by bylo na prvou. A toto by bylo M na druhou. Takže máme M na druhou. Pro zjištění jednotky rychlostní konstanty, by stačilo jen pokrátit tyto koncentrace a zbyla by tam jen sekunda na -1. tady nalevo. Tedy 1 lomeno sekundou a ještě děleno (mol na litr) na druhou. Takže 1 děleno sekundou krát (mol na litr) na druhou. Nebo můžete napsat 1 děleno (mol na litr) na druhou krát sekunda. To by byla jednotka 'k' v této rovnici, že? S celkovým řádem 3. Ale to se může změnit, že? Může se to lišit v závislosti na řádu. Teď se podívejte na tuto reakci. Máme zde pouze jeden reaktant, A, který se mění na produkty. Když se podíváme na tyto dva experimenty, v prvním experimentu, koncentrace A je 1 (mol na litr), a počáteční rychlost reakce je 0,01 (mol na litr) za sekundu. Pokud zdvojnásobíme koncentraci látky A na 2 molární, rychlost zůstává stejná. Stále je to 0,01 (molů na litr) za sekundu. Takže přesto, že se koncentrace A změní z 1 molární na 2 molární, což znamená zdvojnásobení koncentrace, případně zvýšení koncentrace A dvakrát, rychlost zůstává stejná. Takže se dá říct, že je to rychlost krát jedna. Protože je to stejná rychlost. Takže 2 na kolik, 2 na kolik je rovno 1? 2 na nultou je rovno 1. 2 na nultou je rovno 1. A každé číslo na 0 je rovno 1. Takže reakce je nultého řádu, je nultého řádu pro A. Pokud chceme zapsat rovnici rychlosti, musíme napsat: rychlost reakce je rovna rychlostní konstantě 'k' krát koncentrace A. Máme zde pouze jeden reaktant. A protože je to nultý řád pro A, můžeme vlastně napsat, že rychlost reakce je rovna rychlostní konstantě. A pokud byste chtěli vědět jednotku rychlostní konstanty 'k', tak tedy - rychlost je (mol na litr) za sekundu, a to je také jednotka pro 'k'. Jednotka 'k' je (mol na litr) za sekundu. Takže to je příklad toho, jak se může jednotka 'k' měnit v závislosti na celkovém řádu reakce.
video