Уравнение на скоростта | уравнение, използвано за изчисляване на скоростта на химична реакция

Уравнението на скоростта (или законът за скоростта) е уравнение, което се използва за изчисляване на скоростта на дадена химична реакция. За общата реакция aA + bB → C уравнението на скоростта е:

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

Тук [A] и [B] са концентрациите на A и B. x и y зависят от това коя стъпка е определяща за скоростта. Ако механизмът на реакцията е много прост, където А и В се удрят взаимно и след това преминават в продукти чрез едно преходно състояние, тогава x=a и y=b. k е скоростната константа на реакцията. Тя се променя в зависимост от температурата, налягането и други условия.

Уравнението на скоростта е диференциално уравнение. Ако то се интегрира, ще се намери уравнение, което показва как концентрацията на реагентите и продуктите се променя с времето.

В специални случаи е много лесно да се реши уравнението и да се намери k. Например при реакция от първи ред уравнението е:

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

Интегрирането дава:

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

Така че графиката на ln [ A ] {\displaystyle \ln {[A]}} $\ln {[A]}$ спрямо времето t дава права линия с наклон - k {\displaystyle -k} $-k$ .

Понякога експериментите могат да бъдат направени така, че реакцията да изглежда като реакция от първи порядък. Ако концентрацията на единия реагент се поддържа на една и съща висока стойност, тя може да се разглежда като константа. Уравнението става r = k [ A ] [ B ] = k ′ [ A ] {\displaystyle r=k[A][B]=k'[A]} $r=k[A][B]=k'[A]$ където k' е константата на скоростта от псевдопърви ред. След това може да се използва горният метод за изчисляване на k'.

Справка

^1.01.1 ↑ https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/transition-state-theory/

Основни механизми на реакциите
Нуклеофилно заместване	Едномолекулно нуклеофилно заместване (S_N 1) - Двумолекулно нуклеофилно заместване (S_N 2) - Нуклеофилно ароматно заместване (S_N Ar) - Нуклеофилно вътрешно заместване (S_N i)
Реакция на елиминиране	Едномолекулно елиминиране (E1) - реакция на елиминиране E1cB - двумолекулно елиминиране (E2)
Реакции на добавяне	Електрофилно добавяне - Нуклеофилно добавяне - Свободно радикално добавяне - Циклоприсъединяване
Свързани теми	Елементарна реакция - Молекулярност - Стереохимия - Катализ - Теория на сблъсъка - Ефекти на разтворителя - Избутване на стрелата
Химична кинетика	Уравнение на скоростта - стъпка за определяне на скоростта

Въпроси и отговори

В: Какво представлява уравнението на скоростта?

О: Уравнението на скоростта (или законът за скоростта) е уравнение, което се използва за изчисляване на скоростта на дадена химична реакция. То взема предвид концентрациите на реагентите и продуктите, както и други условия като температура и налягане.

В: Как може да се изчисли скоростната константа?

О: В специални случаи е възможно да се реши диференциалното уравнение и да се намери k чрез интегрирането му. Например, при реакция от първи ред, графиката на ln[A] спрямо времето t ще даде права линия с наклон -k.

Въпрос: Какво представляват x и y в общата формула на реакцията?

О: x и y зависят от това, коя стъпка определя скоростта. Ако механизмът на реакцията е много прост, където A и B се удрят взаимно, след което преминават в продукти чрез едно преходно състояние, тогава x=a и y=b.

Въпрос: Има ли друг начин да се изчисли k, ако единият реагент е с висока концентрация?

О: Да, ако единият реагент има висока концентрация, която може да се счита за постоянна, тогава тя става така наречената псевдоконстанта на скоростта от първи ред (k'). Това също може да се използва за изчисляване на k'.

Въпрос: Как температурата влияе върху константата на скоростта?

О: Константата на скоростта се променя в зависимост от температурата, налягането и други условия.

В: Какъв тип уравнение е уравнението на скоростта?

О: Уравнението на скоростта е диференциално уравнение.