Реакционен ред: концепция, видове

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 17:41

В химическата кинетика една от важните задачи е да се намери реда на реакцията. Въпреки че тази стойност е формална, тя дава възможност да се отрази най-добре експерименталната зависимост на скоростта на всяка реакция от концентрацията. Като правило, за намиране на скоростта на реакцията се използват концентрациите на изходните съединения, взети в степени, съответстващи на техните стехиометрични коефициенти. Но това е вярно само за много прости реакции.

Редът на химическа реакция по вещество е стойността на степента n, в която концентрацията на това съединение е включена във формулата за намиране на скоростта на реакцията, получена емпирично. Но общият ред е сборът от всички порядки за вещества: n=n₁ + n₂. Стойностите n₁ и n_{2 съответстват на стехиометрични коефициенти в уравненията на едноетапните реакции. Всъщност те могат да бъдат положителни или отрицателни, цели или дробни.}

Например за уравнението на взаимодействие H₂+ Ι₂ ― > 2HΙ, което съответства на формулата за определяне на скоростта v=kC H_CI_{, редът на веществата е n}H_{=1 иn}I_{=1, общ ред на реакция n=n}H_+nI_=1+1=2.

Нулева поръчка

Някои реакции имат нулев ред. По правило те не се влияят от концентрациите на изходните съединения. Това се случва в следните случаи:

• ако някое изходно вещество се приема в значителен излишък;
• ако скоростта се контролира от енергията на активиране на молекулите, участващи в реакцията, например при фотосинтезата.

Като пример, разгледайте реакцията на взаимодействието на етилацетен етер с вода, т.е. неговото осапуняване.

SΗ₃SOOS₂Η₅ + Η₂ O ―> СΗ₃СООΗ + С₂Η_5ОΗ

Тъй като взаимната разтворимост на изходните вещества е изключително малка, повечето от тях са в различни фази. Когато етерът се изразходва в химическа реакция, нова част от него идва от етерния слой своевременно, тоест концентрацията му в разтвора не намалява.

Реакции от първа поръчка

Това взаимодействие на вещества може условно да се запише с уравнението: A―>B. Пример е разлагането на диметилов етер:

СΗ₃OSΗ₃―>СΗ₄+Η_{2 +CO}

За което скоростта на реакцията е определена като v=kC_{С2Н6О. В този случай редът по същество и общият ред съвпадат и са равни на единица.}

Времето (τ) за определяне на определена дадена концентрация C е от практическо значение за реакции от първи ред, ако първоначалнатаконцентрация C_o, както и времето на полуразпад τ_{1/2, това е времето, през което половината от първоначалното вещество има време да реагира.}

Реакции от втора поръчка

Реакции от тип A + B ―> продукти могат да бъдат приписани на такива взаимодействия. Пример е горната реакция за производството на водороден йод или алкално осапуняване на етилацетат:

SΗ₃COOS₂H₅ + OH- ―> CH 3_{СОО- + С}2_H5_{ОΗ, v=kC}С4Н8О2 _SOH-_.

Също така (k) отделни реакции на разлагане от типа: 2A ―> продуктите имат втори ред. Примерите включват:

• 2NOCl ―> 2NO + Cl₂, v=kC²_NOCl.
• 2O_{3 ―>} 3O₂, v=kC² _O3.
• 2NO₂ ―> 2NO + O2, v=kC²_NO2.

Последващи реакции

Реакциите на третата и следващите поръчки са по-рядко срещани от предишните опции. Това се дължи на ниската вероятност за едновременна среща в пространството на три или повече частици. Въпреки това, образуването на азот и въглероден диоксид от техните монооксиди може да послужи като пример за такива взаимодействия:

• 2NΟ+Ο₂→ 2NΟ₂, v=kC² NO_CO2.
• 2СО+О₂→ 2СО₂, v=kC² CO_CO2.

И за подобни реакцииима зависимост на концентрациите на реагентите от времето на протичането му. Формулите за намиране на константите на полуживота и скоростта на реакцията се обединяват чрез въвеждане на индекса n, равен на реда на същите тези реакции.

Молекулярност на реакцията

Не бъркайте реда на реакцията с нейната молекулярност, която се определя точно от броя на молекулите, които извършват акта на химическа трансформация. За разлика от реда, който се определя експериментално, молекулярността на химичната реакция има теоретична основа. За да го определите, трябва да разберете същността на процеса, как точно молекулите взаимодействат помежду си, през какви етапи на трансформация преминават.

Сравнителни характеристики

Поръчка	Молекулярност
Официална стойност	Има физическо значение, показва броя на реагиращите молекули
Може да приема различни числови стойности	Приема само една от трите стойности: 1, 2, 3
Прилага се за реакции с всякаква сложност и многоетапни	Прилага се само за елементарни реакции в една стъпка

Има няколко причини, поради които редът и молекулярността не съвпадат за една и съща реакция:

• ако един от реагентите е взет в голям излишък, както е споменато по-горе;
• за много хетерогенни реакции редът може да се промени по време на тяхното изпълнение, особено ако се променят условията за тяхното възникване;
• каталитичните реакции имат многоетапен механизъм, чиято същност не винаги е отразена в стехиометричното уравнение;
• при сложни многоетапни реакции само един от междинните продукти може да повлияе на общата скорост, която в резултат ще определи реда на цялата трансформация.

Мономолекулните реакции включват разлагане на молекули:

I_{2 ―> 2I}

При бимолекулярни реакции две молекули се сблъскват. Освен това, това могат да бъдат молекули на двете различни вещества, и едно и също:

H₂+ Ι_{2 ―> 2HΙ}

Тримолекулни реакции се наричат такива реакции, за осъществяването на които са необходими три молекули изходни вещества:

2NΟ + H₂ ―> N₂Ο + H_2O

H₂ + O₂ ―> 2H_2O