alle kemiske reaktioner har en specifik hastighed, der definerer, hvor hurtigt reaktanterne bliver til produkter.
kemiske reaktioner styres af to faktorer: kinetik og termodynamik. Termodynamiske faktorer tegner sig for, om en reaktion vil forekomme eller ej, og om den absorberer eller afgiver energi under processen.
kinetik refererer til hastigheden af en kemisk reaktion, og hvor hurtigt systemet når ligevægt., Kinetikken af en reaktion beskrives ved den kinetiske hastighedslov, der definerer hastigheden baseret på en reaktionshastighedskonstant, koncentrationen af komponenter og reaktionens rækkefølge.
denne video vil introducere reaktionskinetik ved hjælp af hastighedslovligningen og demonstrere, hvordan man bestemmer hastighedsloven for en bestemt reaktion i laboratoriet.
for en generel reaktion er reaktionshastigheden lig med hastighedskonstanten gange koncentrationerne af reaktanterne, hver hævet til en reaktionsordre. Hastighedskonstanten, k, er fastgjort til en reaktion ved en given temperatur.,
reaktionsordrerne er uafhængige af de støkiometriske koefficienter. I stedet er de afhængige af reaktionsmekanismen og illustrerer, hvordan hastigheden er relateret til koncentrationen af reaktanter. For eksempel, hvis reaktionshastigheden er uændret, når koncentrationen af “a” fordobles, afhænger reaktionen ikke af koncentrationen, og ordren er nul.
Hvis hastigheden fordobles, når koncentrationen af reaktant “a” fordobles, er reaktionen første orden med hensyn til “A.” Den samme opførsel gælder for reaktant “B”., Den samlede rækkefølge af en reaktion er summen af de individuelle reaktionsordrer for hver reaktant.
under en reaktion ændres koncentrationen af reaktanter med tiden. Bemærk, at grundfrekvensligningen ikke inkluderer tid som en variabel, og kan kun relatere hastighed og koncentration på et bestemt tidspunkt. Hastigheden ændres imidlertid, når reaktionen fortsætter, og når reaktanter er udtømt. Ved hjælp af en differentieret Sats lov kan relatere ændringen i koncentration til tiden.,
hastighedsloven for en reaktion skal bestemmes eksperimentelt, hvor en kemisk reaktion kontrolleres omhyggeligt ved en konstant temperatur, og koncentrationen af reaktanterne eller produkterne måles ved bestemte tidsintervaller. Da koncentrationsmålinger foretages på diskrete tidspunkter, er loven om differentialhastighed vanskelig at korrelere med eksperimentelle data.
integration af differentialrenteloven resulterer i en enklere ligning, kaldet den integrerede rentelov. Den integrerede hastighedslov sammenligner reaktantkoncentrationerne i starten af reaktionen og på et bestemt tidspunkt.,
den integrerede Sats lov ligning varierer afhængigt af rækkefølgen af reaktionen. Disse ligninger kan tage den lineære form y=M.+B.således giver et plot af koncentration vs tid et lineært plot for en nulordensligning, et plot af den naturlige koncentrationslog vs tid giver et lineært plot for en første ordens ligning og så videre. Ved at montere eksperimentelle data til disse ligninger kan rækkefølgen af en reaktion let bestemmes. Hastighedskonstanten, k, kan derefter bestemmes ved hjælp af linjens hældning. Endelig varierer enhederne af k afhængigt af reaktionens rækkefølge., For en nulordensreaktion er enhederne mol pr.liter pr. sekund, for en første ordensreaktion er enhederne inverse sekunder, og for en anden ordensreaktion er enhederne liter pr. mol pr. sekund.
Nu, at det grundlæggende i kinetisk sats love er blevet forklaret, lad os tage et se på, hvordan man eksperimentelt bestemme hastigheden lov til nedbrydning af hydrogen-peroxid til vand og ilt.
i dette forsøg undersøges den katalytiske nedbrydning af hydrogenpero .id over en platinkatalysator.
Forbered først 5 fortyndinger af hydrogenpero .id, som vist i tabellen., I dette tilfælde varierer koncentrationerne fra 0,882 – 0,176 m ved anvendelse af en 3% eller 0,882 m stamopløsning. Lad opløsningerne ækvilibrere til stuetemperatur.
forbered derefter reaktionsbeholderen ved hjælp af et reagensglas. Bestem først volumenet ved at fylde et stort reagensglas til toppen med vand. Indsæt derefter en 1-hullers gummiprop, indtil den er stram, og vand skubber ud af hullet gennem toppen.
Fjern proppen, og hæld vandet i en gradueret cylinder for at måle det nøjagtige volumen. Dette er volumenet af reaktionsbeholderen.,
hæld derefter 50 mL af den første hydrogenpero .idopløsning i reagensglasset, og anbring derefter røret i 25 C C vandbadet. Når den er ækvilibreret, tilsættes en platinbelagt reaktionsskive og forsegler systemet med en prop, der er forbundet til en gastrykssensor.
da et af produkterne er iltgas, bruges stigningen i trykket i systemet til at måle stigningen i ilt. Opsæt tryksensoren til at indsamle data på 2 point per s, og kør derefter eksperimentet for 120 s. bobler skal være synlige, da pero .idet nedbrydes til iltgas og vand.,
når reaktionsperioden er overstået, frigøres trykket og bortskaffes pero .idopløsningen. Skyl røret, og fyld derefter røret med den næste hydrogenpero .idopløsning. Gentag gastryksmåling for alle løsninger.
Plot tryk versus tidsdata for hver opløsning. Trykket af udviklet ilt er direkte proportional med de iltmol, der dannes i henhold til den ideelle gaslov. Efter den kemiske reaktion kan de dannede o .ygenmol anvendes til at beregne molene af dekomponeret hydrogenpero .id., Antag først, at koncentrationen af hydrogenpero .id ikke ændrede sig signifikant i løbet af eksperimentets korte varighed. Således repræsenterer de afbildede data kun det oprindelige område af kinetikeksperimentet.
Bestem hældningen for hvert datasæt ved hjælp af en lineær regression. Hældningen er lig med den indledende reaktionshastighed i enheder af tryk af O .ygen pr.
dernæst plot af den naturlige log af den indledende reaktionshastighed vs den naturlige log af indledende pero .idkoncentration. Hældningen er lig med reaktionsordren, m, og er omtrent lig med en., Derfor er reaktionen første orden.
hastigheden for hvert forsøg er i trykenheder i Torr pr. For at bestemme hastighedskonstanten skal du først konvertere hastigheden til enheder af atmosfærer pr. Fordi boblerne udviklet sig i den vandige opløsning, trække damptrykket af vand fra systemet Tryk for hvert forsøg. Den nye hastighed afspejler derefter kun trykket på grund af iltudvikling.
anvend den ideelle gaslov til at konvertere hastigheden fra atmosfærer i sig selv til mol pr., To gange er de producerede o .ygenmol lig med molene hydrogenpero .id dekomponeret ifølge den kemiske reaktion støkiometri. Brug derefter reaktionsvolumenet til at konvertere enhederne af hastigheden til molaritet pr.
Bestem hastighedskonstanterne for hvert forsøg ved at dividere hastigheden i molaritet pr. I dette eksperiment, den gennemsnitlige hastighedskonstant, k, er cirka 1,48 10 10-4 per s. reaktionen er første orden, kendt fra den naturlige log-naturlige log plot vist tidligere. Derfor kan satsloven skrives som vist.,
nu hvor du har set på, hvordan du bestemmer satsloven for en kemisk reaktion, lad os se på nogle områder, hvor dette koncept anvendes.
kemiske reaktioner anvendes til syntese af forbindelser og materialer, der anvendes i en lang række videnskabelige anvendelser. Det er vigtigt at forstå reaktionshastigheden i disse syntesetrin for at kontrollere udviklingen af en reaktion.for eksempel fortsætter syntesen af cadmiumselenid nanokrystaller og nanoroder gennem en række kemiske reaktioner., Hver reaktion har sin egen diskrete reaktionshastighed, og derfor er syntesetrin omhyggeligt kontrolleret baseret på reaktionens videnhastighed; nogle langsomme og nogle meget hurtige.
reaktionshastighedsloven kan også bruges til at beskrive radioaktivt henfald og bestemme halveringstiden for radioaktivt materiale. Halveringstiden refererer til den tid, der kræves for koncentrationen af et materiale til at falde til halvdelen af dets oprindelige koncentration.,
Radioaktivitet følger første ordens kinetik, hvilket betyder, at den tid, der kræves for radioaktivt materiale for at henfalde til et sikkert niveau kan være meget velkarakteriserede, så korrekt transport og opbevaring af radioaktivt materiale og radioaktivt affald.i lighed med radioaktive materialer har lægemidler også en halveringstid og nedbrydes i kroppen. For eksempel har nogle lægemidler konstanter med høj hastighed, hvilket betyder, at de nedbrydes hurtigt og skal tages ofte. Kendskab til denne nedbrydningshastighed muliggør bestemmelse af den passende dosering, anvendelse og leveringsmetode.,
du har lige set joves introduktion til reaktionshastigheder. Du skal nu forstå de forskellige ordrer af kemiske reaktioner, hvordan de vedrører kemiske reaktionshastigheder, og hvordan man bestemmer satsloven for en given kemisk reaktion i laboratoriet.
tak for at se!