Νόμος για τα ποσοστά

Η χημική απόκριση είναι η διαδικασία μετατροπής ενός ή περισσότερων αντιδραστηρίων σε ένα ή περισσότερα προϊόντα. Στη χημική απόκριση, πρέπει να λάβουμε υπόψη το ποσοστό απόκρισης, το μέσο και την ισορροπία στην οποία έχει προχωρήσει. Ο νόμος του ποσοστού παίζει σημαντικό ρόλο στις χημικές αποκρίσεις.

Η ταχύτητα με την οποία τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα ονομάζεται ρυθμός των απαντήσεων. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό απόκρισης είναι ο τύπος απόκρισης, η προσοχή, η πίεση, η θερμοκρασία, η επιφάνεια των αντιδρώντων, ο καταλύτης και η ένταση φωτός. Σε κάθε χημική αντίδραση, ονόμος ταχύτητας είναι μια σημαντική ιδιότητα που δείχνει πώς η ταχύτητα αντίδρασης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων.

Νόμος ποσοστού- Έκφραση, Ολοκληρωμένος νόμος ποσοστού και σταθερά ποσοστού

Η σχέση μεταξύ του ρυθμού απόκρισης της χημικής απόκρισης και της προσοχής ενός ή περισσότερων αντιδραστηρίων ονομάζεται «νόμος ρυθμού ". Ονομάζεται επίσης εξίσωση ποσοστού .

Ο νόμος του ρυθμού για τη γενική αντίδραση

aA + bB → cC

συμβολίζεται με την ακόλουθη έκφραση,

rate =k [A] x [B] ε

Στην παραπάνω έκφραση,

[A], [B] – μοριακή προσοχή των αντιδρώντων A, B

k- σταθερά ρυθμού της απόκρισης

x, y- τάξεις απαντήσεων σε σχέση με τα a και b.

Μπορούμε να προσδιορίσουμε την έκφραση του νόμου του ρυθμού για μια συγκεκριμένη απόκριση μόνο πειραματικά. Δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ισορροπημένη χημική εξίσωση για να κερδίσουμε έκφραση νόμου ρυθμού, καθώς οι μερικές τάξεις των αντιδρώντων δεν είναι αναπόφευκτα ίσες με τα στοιχειομετρικά τμήματα.

Η ημιζωή των ποσοστών απόκρισης

Τα ποσοστά απόκρισης βασίζονται στο χρόνο που απαιτείται για να πέσει η προσοχή ενός αντιδραστηρίου στο μισό της αρχικής του τιμής. Ονομάζεται χρόνος ημιζωής της απόκρισης, γραμμένος ως t1/ 2. Επομένως, ο χρόνος ημιζωής μιας απόκρισης είναι ο χρόνος που απαιτείται για να πέσει η προσοχή του αντιδραστηρίου από [A]0 σε [A]0/2.

Ωστόσο, η γρήγορη απόκριση θα έχει μικρότερο χρόνο ημιζωής και η πιο αργή απόκριση θα έχει μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής, εάν δύο αποκρίσεις ίδιας σειράς.

Ολοκληρωμένος νόμος επιτοκίων

Υπάρχει η δεύτερη μορφή νόμου ρυθμού που σχετίζεται με τη συγκέντρωση των αντιδρώντων και τον χρόνο. Αυτοί ονομάζονται νόμοι ολοκληρωμένων συντελεστών. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ποσότητας του αντιδρώντος ή του προϊόντος που υπάρχει μετά την πάροδο του χρόνου. Οι αντιδράσεις που έχουν διαφορετικές τάξεις έχουν διαφορετικές ενσωματωμένες εξισώσεις ρυθμού.

Για παράδειγμα, μπορούμε να πάρουμε το χρόνο που απαιτείται για τη ραδιενεργή διάσπαση ραδιενεργού υλικού.

Τώρα, εκτελούμε τους υπολογισμούς του νόμου του ολοκληρωμένου ρυθμού σε αντιδράσεις μηδέν, πρώτης και δεύτερης τάξης.

Αντιδράσεις μηδενικής τάξης

Για αντιδράσεις μηδενικής τάξης, ο ρυθμός είναι ίσος με k. Έτσι, ο νόμος του ολοκληρωμένου ρυθμού των αντιδράσεων μηδενικής τάξης είναι μια γραμμική συνάρτηση.

Rate =k

Ο νόμος του ολοκληρωμένου ρυθμού για μια αντίδραση μηδενικής τάξης όταν n=1,

ln[𝐴] =−𝑘𝑡 + ln[𝐴] 0

Στην παραπάνω εξίσωση, [𝐴]0 είναι η αρχική συγκέντρωση του αντιδρώντος

και [𝐴] είναι η συγκέντρωση που επιτυγχάνεται μετά από ένα χρόνο t.

Άρα, y =mx + b

όπου, 𝑦 =[𝐴];𝑚 =−𝑘; 𝑥 =𝑡; 𝑏 =[𝐴]0

Αντιδράσεις πρώτης τάξης

Η αντίδραση πρώτης τάξης αντιπροσωπεύεται ως

[A]t =[A]0 e-kt

Αν πάρουμε 𝑡0 =0, τότε

𝐥[𝑨] =−𝒌𝒕 + 𝐥𝐧[𝑨]0

που μοιάζει με y =mx + by

όπου,  𝑦 =ln[𝐴];𝑚 =−𝑘; 𝑥 =𝑡; 𝑏 =ln[𝐴]0

Υπό ένα δεδομένο σύνολο συνθηκών αντίδρασης, ο χρόνος ημιζωής μιας αντίδρασης πρώτης τάξης είναι σταθερός και είναι ανεξάρτητος από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων.

Αντιδράσεις δεύτερης τάξης

Η αντίδραση δεύτερης τάξης μπορεί να αναπαρασταθεί ως

𝟏/ [𝑨] =𝒌𝒕 + 𝟏/ [𝑨]𝟎

Το οποίο, πάλι, μοιάζει με: 

y =mx + κατά

όπου, 𝑦 =1/[𝐴];𝑚 =𝑘; 𝑥 =𝑡; 𝑏 =1/[𝐴]0

Η σταθερά ταχύτητας για μια αντίδραση δεύτερης τάξης εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση ενός αντιδραστηρίου.

Σειρά αντίδρασης

Η σειρά της αντίδρασης είναι οι εκθέτες στον νόμο του ρυθμού που περιγράφει τα αποτελέσματα συγκέντρωσης των αντιδρώντων στον ρυθμό αντίδρασης.

Υπάρχουν τάξεις αντίδρασης μηδενικής τάξης, πρώτης τάξης, δεύτερης τάξης κ.ο.κ.

Για παράδειγμα,

Σε αυτή την αντίδραση 2NO(g) +2H2(g) → 2N2(g) +2H2O(g) , ο νόμος του ρυθμού μπορεί να γραφτεί ως

Ταχύτητα της αντίδρασης =k  [NO]2[H2]

Εδώ, [NO], [H2] είναι η μοριακή συγκέντρωση των αντιδρώντων NO, H2

k είναι η σταθερά ρυθμού 

x – τάξη ΟΧΙ 

y – τάξη H2

Η σειρά αντίδρασης του ΝΟ είναι 2

Η σειρά αντίδρασης του Η2 είναι 1

Η συνολική σειρά της αντίδρασης είναι 3.

Η σειρά αντίδρασης παρέχει μια κατανόηση της αλλαγής στον ρυθμό της αντίδρασης που αναμένεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων.

Για παράδειγμα, εξετάζουμε τις διάφορες τάξεις αντίδρασης με τη συγκέντρωση του αντιδρώντος όπως

• Εάν η αντίδραση είναι αντίδραση μηδενικής τάξης, δεν θα έχουμε καμία επίδραση στον ρυθμό αντίδρασης όταν διπλασιάσουμε τη συγκέντρωση του αντιδρώντος.
• Εάν η αντίδραση είναι πρώτης τάξης,  ο ρυθμός αντίδρασης θα διπλασιαστεί όταν διπλασιαστεί η συγκέντρωση του αντιδρώντος.
• Στις αντιδράσεις δεύτερης τάξης, ο ρυθμός αντίδρασης θα τετραπλασιαστεί όταν διπλασιαστεί η συγκέντρωση του αντιδρώντος
• Στις αντιδράσεις τρίτης τάξης, όταν η συγκέντρωση των αντιδρώντων διπλασιάζεται, ο συνολικός ρυθμός αυξάνεται κατά οκτώ φορές 

Σταθερά ποσοστού 

Η σταθερά ρυθμού μπορεί να εκφραστεί ως

K =Rate / [A] x [B] ε

Οι μονάδες μιας σταθεράς ρυθμού για έναν συγκεκριμένο νόμο ρυθμού μπορούν να υπολογιστούν διαιρώντας τις μονάδες ρυθμού με τις μονάδες μοριακότητας στον όρο συγκέντρωσης του νόμου ρυθμού.

Η μονάδα k =mol.L-1  ή M.

Το k μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

k =(M.s -1 )*(M-n) =M(1-n).s -1

Μπορείτε να βρείτε τις μονάδες των σταθερών ρυθμού για αντιδράσεις μηδέν, πρώτης, δεύτερης και nης τάξης στην ακόλουθη στήλη πίνακα:

Σειρά αντίδρασης	Μονάδες κ
0η παραγγελία	M.s-1 (ή) mol/L.S
1η παραγγελία	s-1
2η παραγγελία	L/mol/s
nth-order	M(1-n).s-1   (ή) L(n-1).mol(1-n).s-1

Οι νόμοι ρυθμού μπορεί να εμφανίζουν κλασματικές τάξεις για ορισμένα αντιδρώντα και όταν αυξάνεται η συγκέντρωση ενός αντιδρώντος, παρατηρούνται αρνητικές τάξεις αντίδρασης, προκαλώντας μείωση του ρυθμού αντίδρασης.

Διαφορά μεταξύ του νόμου διαφορικού επιτοκίου και του νόμου του ολοκληρωμένου επιτοκίου

Νόμος διαφορικού συντελεστή	Ολοκληρωμένος νόμος επιτοκίων
Ο νόμος διαφορικού ρυθμού δίνει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης ως συνάρτηση της αλλαγής στη συγκέντρωση των αντιδρώντων κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου.	Ο νόμος του ολοκληρωμένου ρυθμού δίνει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης ως συνάρτηση της αρχικής συγκέντρωσης των αντιδρώντων μετά από μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο.

Συμπέρασμα 

Ο νόμος ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης δίνει τη σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων και του ρυθμού αντίδρασής τους. Είναι η μαθηματική περιγραφή του πώς ο ρυθμός της αντίδρασης επηρεάζεται από τις αλλαγές στην ποσότητα της ουσίας. Ο νόμος του ρυθμού προσδιορίζεται μόνο με πείραμα και δεν προβλέπεται αξιόπιστα από τη στοιχειομετρική αντίδραση.