minden kémiai reakciónak van egy meghatározott sebessége, amely meghatározza, hogy a reagensek milyen gyorsan válnak termékekké.
a kémiai reakciókat két tényező szabályozza: a kinetika és a termodinamika. A termodinamikai tényezők figyelembe veszik, hogy a reakció bekövetkezik-e vagy sem, és ha elnyeli vagy energiát ad a folyamat során.
a kinetika a kémiai reakció sebességére utal, valamint arra, hogy a rendszer milyen gyorsan éri el az egyensúlyt., A reakció kinetikáját a kinetikus sebesség törvény írja le, amely meghatározza a sebességet egy reakciósebesség-állandó, az összetevők koncentrációja, valamint a reakció sorrendje alapján.
Ez a videó bemutatja a reakció kinetikáját a sebesség törvény egyenletével, és bemutatja, hogyan lehet meghatározni egy adott reakció sebesség törvényét a laboratóriumban.
általános reakció esetén a reakciósebesség megegyezik a reagensek koncentrációjának állandó értékével, mindegyik reakciórendre emelve. A sebesség állandó, k, egy adott hőmérsékleten történő reakcióhoz van rögzítve.,
a reakciórendek függetlenek a sztöchiometrikus együtthatóktól. Ehelyett a reakciómechanizmustól függenek, és bemutatják, hogy az arány hogyan kapcsolódik a reagensek koncentrációjához. Például, ha a reakciósebesség változatlan, amikor az “A” koncentrációja megduplázódik, akkor a reakció nem függ a koncentrációtól, a sorrend pedig nulla.
Ha az arány megduplázódik, amikor az “a” reagens koncentrációja megduplázódik, akkor a reakció az “A” tekintetében az első rend., A reakció általános sorrendje az egyes reagensek egyedi reakciórendjeinek összege.
egy reakció során a reagensek koncentrációja idővel változik. Vegye figyelembe, hogy az alapkamat-egyenlet nem tartalmazza az időt változóként, és csak egy adott időpontban vonatkoztathatja a sebességet és a koncentrációt. Azonban az arány változik, ahogy a reakció folytatódik, és mivel a reagensek kimerültek. Egy differenciált sebesség törvény is kapcsolódnak a koncentráció változása az idő.,
a reakció sebességi törvényét kísérletileg kell meghatározni, ahol a kémiai reakciót állandó hőmérsékleten gondosan ellenőrzik, valamint a reagensek vagy termékek koncentrációját meghatározott időközönként mérik. Mivel a koncentrációméréseket diszkrét időpontokban végzik, a differenciálsebesség-törvényt nehéz korrelálni a kísérleti adatokkal.
a differenciálsebesség-törvény integrálása egyszerűbb egyenletet eredményez, amelyet integrált sebességtörvénynek neveznek. Az integrált sebességtörvény a reakció kezdetén és egy meghatározott időpontban hasonlítja össze a reaktáns koncentrációkat.,
az integrált sebességjogi egyenlet a reakció sorrendjétől függően változik. Ezek az egyenletek lehetnek a lineáris forma y = mx + b. így, a telek koncentráció vs idő ad egy lineáris telek egy nulla rendű egyenlet, a telek a természetes napló koncentráció vs idő ad egy lineáris telek egy elsőrendű egyenlet, és így tovább. A kísérleti adatok ezekhez az egyenletekhez való illesztésével a reakció sorrendje könnyen meghatározható. A sebesség állandó, k, ezután meghatározható a vonal lejtésével. Végül a K egységei a reakció sorrendjétől függően változnak., Nulla sorrendű reakció esetén az egységek másodpercenként mólok literenként, az elsőrendű reakció esetében az egységek inverz másodpercek, A másodrendű reakció esetében az egységek másodpercenként literenként literesek.
most, hogy az alapokat a kinetikus sebesség törvények kifejtették, lehetővé teszi, hogy vessen egy pillantást, hogyan kell kísérletileg meghatározni a sebesség törvény a bomlás a hidrogén-peroxid a víz és az oxigén.
ebben a kísérletben a hidrogén-peroxid katalitikus bomlását platina katalizátoron vizsgálják.
először készítsen 5 hidrogén-peroxid hígítást, amint az a táblázatban látható., Ebben az esetben a koncentráció 0,882 – 0,176 M, 3% vagy 0,882 M készletoldattal. Hagyja az oldatokat szobahőmérsékletre kiegyenlíteni.
ezután készítse elő a reakcióedényt egy kémcsővel. Először határozza meg a térfogatot úgy, hogy egy nagy kémcsövet tölt fel a tetejére vízzel. Ezután helyezzen be egy 1 lyukú gumidugót, amíg az nem lesz szoros, majd a víz a lyukból a tetején keresztül kitolja.
távolítsa el a dugót, majd öntse a vizet egy fokozatos hengerbe a pontos térfogat méréséhez. Ez a reakcióedény térfogata.,
ezután öntsön 50 mL első hidrogén-peroxid oldatot a kémcsőbe, majd helyezze a csövet a 25 °C-os vízfürdőbe. A kiegyenlítés után adjunk hozzá egy platina bevonatú reakciókorongot, és zárjuk le a rendszert egy gáznyomás-érzékelőhöz csatlakoztatott dugóval.
mivel az egyik termék az oxigéngáz, a rendszer nyomásának növekedését az oxigén növekedésének mérésére használják. Állítsa be a nyomásérzékelőt, hogy 2 pont / s értéket szerezzen, majd futtassa a kísérletet 120 másodpercig. a buborékoknak láthatónak kell lenniük, amikor a peroxid oxigéngázra és vízre bomlik.,
a reakcióidő letelte után engedje fel a nyomást és dobja ki a peroxid oldatot. Öblítse le a csövet, majd töltse fel a csövet a következő hidrogén-peroxid oldattal. Ismételje meg a gáznyomás mérését minden megoldásnál.
rajzolja meg a nyomás versus time adatokat minden megoldáshoz. A kialakult oxigén nyomása közvetlenül arányos az ideális gáztörvény szerint képződött oxigén móljaival. A kémiai reakciót követően a képződött oxigén móljai felhasználhatók a bomló hidrogén-peroxid móljainak kiszámításához., Először feltételezzük, hogy a hidrogén-peroxid koncentrációja nem változott jelentősen a kísérlet rövid időtartama alatt. Így a ábrázolt adatok csak a kinetikai kísérlet kezdeti régióját képviselik.
határozza meg az egyes adatkészletek lejtését lineáris regresszió segítségével. A lejtés megegyezik a kezdeti reakciósebességgel az oxigén / másodperc nyomásegységekben.
ezután a kezdeti reakciósebesség természetes naplója a kezdeti peroxid koncentráció természetes naplójával szemben. A lejtés megegyezik a reakciórenddel, m, megközelítőleg egyenlő., Ezért a reakció első rend.
az egyes próbák sebessége Torr nyomásegységekben, másodpercenként. A sebesség állandó meghatározásához először konvertálja a sebességet atmoszféra egységekre másodpercenként. Mivel a buborékok a vizes oldatban fejlődtek ki, minden egyes vizsgálat során kivonjuk a víz gőznyomását a rendszernyomásból. Az új sebesség csak az oxigénfejlődés okozta nyomást tükrözi.
alkalmazza az ideális gáztörvényt, hogy az atmoszféra sebességét önmagában mólokká alakítsa át minden egyes próba esetében., Az előállított oxigén móljainak kétszerese megegyezik a lebomlott hidrogén-peroxid móljaival, a kémiai reakció sztöchiometria szerint. Ezután használja a reakciómennyiséget, hogy a sebesség egységeit másodpercenként molaritássá alakítsa.
határozza meg az egyes próbák sebességállandóit úgy, hogy a mólaritás / s arányt a kezdeti koncentrációval osztja el. Ebben a kísérletben, az átlagos sebesség állandó, k, körülbelül 1,48 x 10-4 per s. a reakció elsőrendű, ismert a természetes log-természetes log telek korábban bemutatott. Ezért az árfolyamtörvény az ábrán látható módon írható.,
most, hogy megnézte, hogyan lehet meghatározni a kémiai reakció sebességtörvényét, nézzük meg azokat a területeket, ahol ezt a koncepciót alkalmazzák.
a tudományos alkalmazások széles körében használt vegyületek és anyagok szintézisében kémiai reakciókat alkalmaznak. Fontos megérteni a reakciósebességet ezekben a szintézis lépésekben a reakció előrehaladásának ellenőrzése érdekében.
például a kadmium-szelenid nanokristályok és nanorodák szintézise kémiai reakciók sorozatán keresztül történik., Minden reakciónak megvan a saját diszkrét reakciósebessége, ezért a szintézis lépését gondosan ellenőrzik a reakció tudássebessége alapján; néhány lassú, néhány nagyon gyors.
a reakciósebesség-törvény a radioaktív bomlás leírására és a radioaktív anyag felezési idejének meghatározására is használható. A felezési idő azt az időtartamot jelenti, amely ahhoz szükséges, hogy az anyag koncentrációja a kezdeti koncentráció felére csökkenjen.,
Radioaktivitás következő elsőrendű kinetika, ami azt jelenti, hogy a szükséges idő a radioaktív anyagok bomlási biztonságos szinten is nagyon jól jellemzi, amely lehetővé teszi a megfelelő szállítás, raktározás radioaktív anyag radioaktív hulladék.
a radioaktív anyagokhoz hasonlóan a gyógyszerek felezési ideje is csökken a szervezetben. Például egyes gyógyszerek nagy sebesség állandók, ami azt jelenti, hogy gyorsan lebomlik, és meg kell venni gyakran. Ennek a lebomlási sebességnek a ismerete lehetővé teszi a megfelelő adagolási, felhasználási és szállítási módszer meghatározását.,
éppen most figyelte a JoVE reakciósebességének bevezetését. Most meg kell értenie a kémiai reakciók különböző sorrendjeit, hogyan kapcsolódnak a kémiai reakciósebességhez, valamint hogyan határozható meg egy adott kémiai reakció sebességtörvénye a laboratóriumban.
Köszönjük, hogy megnézte!