Hindamisvõrrand

Kiiruse võrrand (või kiiruse seadus) on võrrand, mida kasutatakse keemilise reaktsiooni kiiruse arvutamiseks. Üldise reaktsiooni aA + bB → C puhul on kiiruse võrrand:

r = k [ A ] x [ B ] y {\displaystyle r\;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}} $r\;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}$

Siin on [A] ja [B] A ja B kontsentratsioonid. x ja y sõltuvad sellest, milline samm on määrava tähtsusega. Kui reaktsioonimehhanism on väga lihtne, kus A ja B tabavad teineteist ja lähevad seejärel ühe ülemineku oleku kaudu produktideks, siis x=a ja y=b. k on reaktsiooni kiiruskonstant. See muutub sõltuvalt temperatuurist, rõhust ja muudest tingimustest.

Kiiruse võrrand on diferentsiaalvõrrand. Kui see integreeritakse, siis leitakse võrrand, mis ütleb, kuidas reagentide ja produktide kontsentratsioon aja jooksul muutub.

Erijuhtudel on võrrandit väga lihtne lahendada ja leida k. Näiteks esimese astme reaktsiooni puhul on võrrand:

r = - d [ A ] d t = k [ A ] {\displaystyle r=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]} $r=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]$

Integreerimine annab:

ln [ A ] = - k t + ln [ A ] 0 {\displaystyle \ \ \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}}} $\ \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}}$

Seega annab ln [ A ] {\displaystyle \ln {[A]}} $\ln {[A]}$ graafik aja t suhtes sirge, mille kalle on - k {\displaystyle -k} $-k$ .

Mõnikord saab eksperimente teha nii, et reaktsioon näeb välja nagu esimese astme reaktsioon. Kui ühe reaktiivi kontsentratsioon hoitakse sama kõrgel väärtusel, siis võib seda pidada konstantseks. Võrdus muutub järgmiselt: r = k [ A ] [ B ] = k ′ [ A ] {\displaystyle r=k[A][B]=k'[A]} $r=k[A][B]=k'[A]$ , kus k' on pseudo esimese astme kiiruskonstant. Seejärel saab k' arvutamiseks kasutada ülaltoodud meetodit.

Küsimused ja vastused

K: Mis on määra võrrand?

V: Kiiruse võrrand (või kiiruse seadus) on võrrand, mida kasutatakse keemilise reaktsiooni kiiruse arvutamiseks. See võtab arvesse reaktantide ja produktide kontsentratsioone ning muid tingimusi, nagu temperatuur ja rõhk.

K: Kuidas saab arvutada kiiruskonstanti?

V: Erijuhtudel on võimalik lahendada diferentsiaalvõrrand ja leida k integreerimise teel. Näiteks esimese astme reaktsiooni korral annab ln[A] graafik aja t suhtes sirge joon, mille kalle on -k.

K: Mida tähistavad x ja y üldises reaktsioonivalemis?

V: x ja y sõltuvad sellest, milline samm on kiirust määrav. Kui reaktsioonimehhanism on väga lihtne, kus A ja B tabavad teineteist ja lähevad siis ühe ülemineku oleku kaudu produktideks, siis x=a ja y=b.

K: Kas on olemas teine viis k arvutamiseks, kui ühe reaktiivi kontsentratsioon on suur?

V: Jah, kui ühel reaktiivil on suur kontsentratsioon, mida võib pidada konstantseks, siis saab sellest nn pseudo esimese korra kiiruskonstant (k'). Seda saab kasutada ka k' arvutamiseks.

K: Kuidas mõjutab temperatuur kiiruskonstanti?

V: Kiiruskonstant muutub temperatuuri, rõhu ja muude tingimustega.

K: Mis tüüpi võrrand on kiiruskonstant?

V: Kiiruse võrrand on diferentsiaalvõrrand.