toate reacțiile chimice au o rată specifică, care definește cât de repede reactanții se transformă în produse.reacțiile chimice sunt guvernate de doi factori: cinetică și termodinamică. Factorii termodinamici reprezintă dacă se va produce sau nu o reacție și dacă absoarbe sau emite energie în timpul procesului.cinetica se referă la rata unei reacții chimice și la cât de repede sistemul atinge echilibrul., Cinetica unei reacții este descrisă de legea ratei cinetice, care definește rata bazată pe o constantă a ratei de reacție, concentrația componentelor și ordinea reacției.acest videoclip va introduce cinetica reacției folosind ecuația legii ratei și va demonstra modul de determinare a legii ratei pentru o anumită reacție în laborator.pentru o reacție generală, viteza de reacție este egală cu constanta ratei ori concentrațiile reactanților, fiecare ridicată la o ordine de reacție. Constanta ratei, k, este fixată pentru o reacție la o temperatură dată.,
ordinele de reacție sunt independente de coeficienții stoichiometrici. În schimb, ele sunt dependente de mecanismul de reacție, și ilustrează modul în care rata este legată de concentrația de reactanți. De exemplu, dacă rata de reacție este neschimbată atunci când concentrația „A” se dublează, atunci reacția nu depinde de concentrație, iar ordinea este zero.dacă rata se dublează atunci când concentrația reactantului „A” se dublează, atunci reacția este de ordinul întâi în raport cu „A”. același comportament este valabil și pentru reactantul „B”., Ordinea generală a unei reacții este suma ordinelor de reacție individuale pentru fiecare reactant.în timpul unei reacții, concentrația reactanților se modifică în timp. Rețineți că ecuația ratei de bază nu include timpul ca variabilă și poate raporta doar rata și concentrația la un anumit punct de timp. Cu toate acestea, rata se modifică pe măsură ce reacția continuă și pe măsură ce reactanții sunt epuizați. Folosind o lege a ratei diferențiale se poate referi la schimbarea concentrației în timp.,
legea ratei pentru o reacție trebuie determinată experimental, unde o reacție chimică este controlată cu atenție la o temperatură constantă, iar concentrația reactanților sau a produselor măsurate la intervale de timp specifice. Deoarece măsurătorile de concentrație sunt efectuate la momente de timp discrete, legea ratei diferențiale este dificil de corelat cu datele experimentale.integrarea legii ratei diferențiale are ca rezultat o ecuație mai simplă, numită Legea ratei integrate. Legea ratei integrate compară concentrațiile reactantului la începutul reacției și la un moment dat.,ecuația legii ratei integrate variază în funcție de ordinea reacției. Aceste ecuații pot lua forma liniară y=mx + b. astfel, un complot al concentrației vs timpul produce un complot liniar pentru o ecuație de ordine zero, un complot al Jurnalului natural al concentrației vs timpul produce un complot liniar pentru o ecuație de prim ordin și așa mai departe. Prin montarea datelor experimentale la aceste ecuații, ordinea unei reacții poate fi ușor determinată. Constanta ratei, k, poate fi apoi determinată folosind panta liniei. În cele din urmă, unitățile k variază în funcție de ordinea reacției., Pentru o reacție de ordine zero, unitățile sunt moli pe litru pe secundă, pentru o reacție de ordinul întâi, unitățile sunt secunde inverse, iar pentru o reacție de ordinul doi unitățile sunt litri pe mol pe secundă.acum, că au fost explicate elementele de bază ale legilor ratei cinetice, să aruncăm o privire asupra modului de determinare experimentală a legii ratei pentru descompunerea peroxidului de hidrogen în apă și oxigen.în acest experiment, este explorată descompunerea catalitică a peroxidului de hidrogen peste un catalizator de platină.mai întâi, preparați 5 diluții de peroxid de hidrogen, așa cum se arată în tabel., În acest caz, concentrațiile variază între 0,882 – 0,176 m, utilizând o soluție stoc de 3% sau 0,882 m. Lăsați soluțiile să se echilibreze la temperatura camerei.apoi, pregătiți vasul de reacție folosind un tub de testare. Mai întâi determinați volumul umplând o eprubetă mare în partea de sus cu apă. Apoi, introduceți un dop de cauciuc cu 1 gaură până când este strâns și apa împinge din gaură prin partea superioară.scoateți dopul și turnați apa într-un cilindru gradat pentru a măsura volumul exact. Acesta este volumul vasului de reacție.,apoi, se toarnă 50 mL din prima soluție de peroxid de hidrogen în eprubetă, apoi se pune tubul în baia de apă de 25 °C. După echilibrare, adăugați un disc de reacție acoperit cu platină și sigilați sistemul cu un dop conectat la un senzor de presiune a gazului.deoarece unul dintre produse este gazul de oxigen, creșterea presiunii în sistem este utilizată pentru a măsura creșterea oxigenului. Configurați senzorul de presiune pentru a obține date la 2 puncte pe s, apoi executați experimentul timp de 120 s. bulele trebuie să fie vizibile pe măsură ce peroxidul se descompune la oxigen gaz și apă.,când perioada de reacție se termină, eliberați presiunea și eliminați soluția de peroxid. Clătiți tubul, apoi umpleți tubul cu următoarea soluție de peroxid de hidrogen. Repetați măsurarea presiunii gazului pentru toate soluțiile.
Plot presiunea față de datele de timp pentru fiecare soluție. Presiunea oxigenului evoluat este direct proporțională cu molii de oxigen formați conform legii ideale a gazului. În urma reacției chimice, molii de oxigen formați pot fi utilizați pentru a calcula molii peroxidului de hidrogen descompus., În primul rând, să presupunem că concentrația de peroxid de hidrogen nu sa schimbat semnificativ pe durata scurtă a experimentului. Astfel, datele reprezentate reprezintă doar Regiunea inițială a experimentului cinetic.
determinați panta fiecărui set de date utilizând o regresie liniară. Panta este egală cu viteza inițială de reacție în unități de presiune a oxigenului pe secundă.în continuare, graficul jurnalului natural al ratei de reacție inițială față de jurnalul natural al concentrației inițiale de peroxid. Panta este egală cu ordinea de reacție, m, și este aproximativ egală cu una., Prin urmare, reacția este de prim ordin.rata pentru fiecare încercare este în unități de presiune în Torr, pe secundă. Pentru a determina Constanta ratei, mai întâi convertiți rata în unități de atmosfere pe secundă. Deoarece bulele au evoluat în soluția apoasă, scade presiunea de vapori a apei din presiunea sistemului pentru fiecare încercare. Noua rată reflectă doar presiunea datorată evoluției oxigenului.
aplicați legea gazului ideal pentru a converti rata de la atmosfere în sine la moli pe S pentru fiecare încercare., De două ori molii de oxigen produși sunt egali cu molii peroxidului de hidrogen descompuși, conform stoichiometriei reacției chimice. Apoi, utilizați volumul de reacție pentru a converti unitățile ratei la molaritate pe secundă.
determinați constantele ratei pentru fiecare încercare împărțind rata în molaritate pe s la concentrația inițială. În acest experiment, Constanta medie a ratei, k, este de aproximativ 1,48 x 10-4 pe s. reacția este de ordinul întâi, cunoscută din jurnalul natural – parcela naturală prezentată mai devreme. Prin urmare, legea ratei poate fi scrisă așa cum se arată.,acum, că te-ai uitat la modul de a determina legea ratei pentru o reacție chimică, să ne uităm la unele zone în care se aplică acest concept.reacțiile chimice sunt utilizate în sinteza compușilor și materialelor utilizate într-o gamă largă de aplicații științifice. Este important să se înțeleagă rata de reacție în aceste etape de sinteză, pentru a controla progresul unei reacții.de exemplu, sinteza nanocristalelor și nanorodelor de selenid de cadmiu are loc printr-o serie de reacții chimice., Fiecare reacție are propria rată de reacție discretă și, prin urmare, etapa de sinteză este controlată cu atenție pe baza vitezei de cunoaștere a reacției; unele lente și altele foarte rapide.
legea ratei de reacție poate fi, de asemenea, utilizată pentru a descrie dezintegrarea radioactivă și pentru a determina timpul de înjumătățire al materialului radioactiv. Timpul de înjumătățire se referă la cantitatea de timp necesară pentru ca concentrația unui material să scadă la jumătate din concentrația inițială.,radioactivitatea urmează cinetica de prim ordin, ceea ce înseamnă că timpul necesar pentru ca materialul radioactiv să se descompună la un nivel sigur poate fi foarte bine caracterizat, permițând transportul și depozitarea corespunzătoare a materialului radioactiv și a deșeurilor radioactive.Similar cu materialele radioactive, medicamentele au, de asemenea, un timp de înjumătățire și se degradează în organism. De exemplu, unele medicamente au constante de rată ridicată, ceea ce înseamnă că se degradează rapid și trebuie luate frecvent. Cunoașterea acestei rate de degradare permite determinarea metodei adecvate de dozare, utilizare și livrare.,
tocmai ați urmărit introducerea lui JoVE la ratele de reacție. Acum ar trebui să înțelegeți diferitele ordine de reacții chimice, modul în care acestea se referă la ratele de reacție chimică și cum să determinați legea ratei pentru o anumită reacție chimică în laborator.
Vă mulțumim pentru vizionare!