Alle kjemiske reaksjoner har en bestemt pris, som definerer hvor raskt reaktantene slå inn i produktene.
Kjemiske reaksjoner er styrt av to faktorer: kinetikk og termodynamikk. Termodynamiske faktorer konto for hvorvidt en reaksjon som vil skje, og hvis det absorberer eller avgir energi i løpet av prosessen.
Kinetikk refererer til hastigheten av en kjemisk reaksjon, og hvor raskt systemet når likevekt., Kinetikken av en reaksjon som er beskrevet av den kinetiske pris loven, som definerer pris basert på en reaksjon pris konstant konsentrasjon av komponenter, og rekkefølgen av reaksjonen.
i Denne videoen vil innføre reaksjon kinetikk ved hjelp av pris loven ligningen, og vil demonstrere hvordan du fastslår hvilken pris loven for en viss reaksjon i laboratoriet.
For en generell reaksjon reaksjon pris er lik pris konstant ganger konsentrasjoner av reaktantene, hver hevet til en reaksjon for. Rate er konstant, k, er fast for en reaksjon på en gitt temperatur.,
reaksjonen bestillinger som er uavhengig av stoichiometric koeffisienter. I stedet er de avhengige av reaksjon mekanisme, og illustrerer hvordan den pris som er relatert til konsentrasjonen av reaktanter. For eksempel, hvis reaksjonshastigheten er uendret når konsentrasjonen av «En» double, så reaksjonen er ikke avhengig av konsentrasjon, og rekkefølgen er null.
Hvis rate dobler når konsentrasjonen av reaktant «A» double, så reaksjonen er første orden med hensyn til «A». Den samme atferden er sant for reaktant «B»., Den totale bestillingen av en reaksjon er summen av de individuelle reaksjon bestillinger for hver reaktant.
i Løpet av en reaksjon, konsentrasjonen av reaktanter endringer med tiden. Merk at grunnbeløpet ligningen inkluderer ikke tiden som en variabel, og kan kun forholde seg pris og konsentrasjon på et bestemt tidspunkt. Men, rangere endringer som reaksjon innbetalinger og som reaktantene er oppbrukt. Ved hjelp av en differensial pris loven kan relateres til endring i konsentrasjon og tid.,
pris loven for en reaksjon som må bestemmes eksperimentelt, hvor en kjemisk reaksjon er nøye kontrollert på en konstant temperatur, og konsentrasjonen av reaktanter eller produkter målt ved bestemte tidsintervaller. Siden konsentrasjonen målinger er gjort på diskret tid poeng, differensial pris loven er vanskelig å relatere til eksperimentelle data.
å Integrere differensial pris loven resultater på en enklere ligningen, kalt integrert pris loven. Den integrerte pris loven sammenligner reaktant konsentrasjoner i starten av reaksjon og på en bestemt tid.,
Den integrerte pris loven ligningen varierer avhengig av rekkefølgen av reaksjonen. Disse ligningene kan ta den lineære formen y=mx+b. Dermed, et plott av konsentrasjonen vs tid gir en lineær tomt for en null for ligningen, et plott av den naturlige logaritmen til konsentrasjonen vs tid gir en lineær tomt for en første ordens ligning, og så videre. Ved montering av eksperimentelle data til disse ligningene, bestilling av reaksjonen kan være enkelt bestemt. Rate er konstant, k, deretter kan fastslås ved hjelp av skråningen av linjen. Til slutt, enheter av k variere avhengig av rekkefølgen av reaksjonen., For en null for reaksjon, enhetene er føflekker per liter per sekund, for en første ordens reaksjon, enhetene er invers sekunder, og for en andre ordens reaksjon avdelingene liter per mol per sekund.
Nå som det grunnleggende av kinetisk pris lover har blitt forklart, kan ta en titt på hvordan eksperimentelt bestemme pris loven for kartlegging av hydrogenperoksid til vann og oksygen.
I dette eksperimentet, den katalytisk nedbrytning av hydrogen peroxide over en platinum katalysator er utforsket.
Først, for å forberede 5 fortynninger av hydrogenperoksid, som vist i tabellen., I dette tilfellet, konsentrasjoner varierer fra 0.882 – 0.176 M, ved bruk av en 3% eller 0.882 M stock løsning. La løsninger for å la til romtemperatur.
Neste, forberede reaksjon fartøy ved hjelp av et prøverør. Først bestemme volumet ved å fylle en stor test røret til toppen med vann. Deretter setter du inn et 1-hull gummiproppen til det er stramt og vann presser ut av hullet gjennom toppen.
Fjern proppen, og hell vann i en gradert sylinder, for å måle den eksakte volum. Dette er volumet av reaksjonskaret.,
Neste, hell 50 mL av den første hydrogen peroxide løsning i reagensglasset, og legg så røret på 25 °C i et vannbad. Når likevekt, legge til en platina-belagt reaksjon plate, og forsegle system med en propp som er koblet til en gass trykksensor.
Siden et av produktene er oksygen gass, økning av trykket i systemet kan brukes til å måle økning i oksygen. Sett opp trykksensor for å innhente data på 2 poeng per s, så kjør eksperiment for 120 s. Boblene skal være synlige som peroxide spaltes til oksygen gass og vann.,
Når reaksjonen perioden er over, slippe ut trykket og kast peroxide løsning. Skyll røret, for så å fylle røret med neste hydrogen peroxide løsning. Gjenta gasstrykk måling for alle løsninger.
Plot trykket versus data for hver løsning. Trykket av utviklet seg oksygen er direkte proporsjonal til føflekker av oksygen som dannes i henhold til den ideelle gass loven. Etter den kjemiske reaksjonen, føflekker av oksygen som dannes kan brukes til å beregne føflekker med dekomponert hydrogen peroxide., Først anta at konsentrasjonen av hydrogen peroxide ikke endres vesentlig i løpet av den korte varigheten av forsøket. Dermed, de plottede dataene representerer bare den første delen av kinetikk eksperiment.
Finne ut skråningen av hver data angi ved bruk av en lineær regresjon. Stigningstallet er lik den opprinnelige reaksjon pris i enheter av trykk av oksygen per sekund.
Neste, plot av den naturlige logaritmen av den første reaksjon pris vs den naturlige logaritmen av første peroxide konsentrasjon. Stigningstallet er lik reaksjon for, m, og er tilnærmet lik én., Derfor er reaksjonen er første ordre.
pris for hvert forsøk er i enheter av trykket i Torr, per sekund. For å bestemme hastigheten konstant, må du først konvertere hastigheten til enheter av atmosfærer per sekund. Fordi bobler utviklet seg i vandig løsning, trekk damptrykk av vann fra systemet press for hvert forsøk. Den nye pris da bare gjenspeiler press på grunn av oksygen evolusjon.
Bruk den ideelle gass lov til å konvertere pris fra atmosfærer per se å føflekker per s for hvert forsøk., To ganger føflekker av oksygen produsert er lik føflekker av hydrogen peroxide dekomponeres, i henhold til den kjemiske reaksjonen stoichiometry. Deretter, bruke reaksjon volum for å konvertere enheter av pris til molarity per sekund.
Bestemme pris konstanter for hvert forsøk ved å dele prisen i molarity per s av første konsentrasjon. I dette eksperimentet, gjennomsnittlig pris konstant, k, ca 1.48 x 10-4 per s. Reaksjonen er første ordre, kjent fra the natural log – naturlig logg tomten vist tidligere. Derfor pris loven kan skrives som vist.,
Nå som du har sett på hvordan å bestemme pris loven for en kjemisk reaksjon, la oss se på noen områder hvor dette begrepet er brukt.
Kjemiske reaksjoner brukes i syntesen av stoffer og materialer som kan brukes i et bredt spekter av vitenskapelige programmer. Det er viktig å forstå reaksjonshastigheten i disse syntese trinnene i rekkefølge for å kontrollere fremdriften av en reaksjon.
For eksempel, syntese av kadmium selenide nanocrystals og nanorods går gjennom en rekke kjemiske reaksjoner., Hver reaksjon har sin egen diskret reaksjon rangere, og derfor syntese trinn er nøye kontrollert basert på kunnskap hastigheten av reaksjonen; noen langsom og noen veldig rask.
reaksjonshastigheten loven kan også brukes til å beskrive radioaktiv nedbrytning, og bestemme half-life av radioaktivt materiale. Half-life refererer til den tiden som kreves for konsentrasjonen av et materiale som faller til halvparten av den opprinnelige konsentrasjonen.,
Radioaktivitet følger av første ordens kinetikk, noe som betyr at den tiden som kreves for radioaktivt materiale å forfalle til et trygt nivå kan være svært godt preget, slik at riktig transport og lagring av radioaktivt materiale og radioaktivt avfall.
Lik radioaktive materialer, stoffer, også har en halveringstid og brytes ned i kroppen. For eksempel, noen legemidler har en høy pris konstanter, noe som betyr at de forringes raskt, og må tas ofte. Kunnskap av denne forringelsen pris gjør at fastsettelse av riktig dosering, bruk og leveringsmåte.,
Du har bare så JoVE innledningen til reaksjon priser. Du skal nå forstå de forskjellige bestillinger av kjemiske reaksjoner, hvordan de forholder seg til en kjemisk reaksjon priser, og hvordan du fastslår hvilken pris loven for en gitt kjemisk reaksjon i laboratoriet.
Takk for at du ser!