Korkokannan yhtälö | yhtälö, jota käytetään kemiallisen reaktion nopeuden laskemiseen

Nopeusyhtälö (tai nopeuslaki) on yhtälö, jota käytetään kemiallisen reaktion nopeuden laskemiseen. Yleisen reaktion aA + bB → C nopeusyhtälö on:

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

Tässä [A] ja [B] ovat A:n ja B:n pitoisuudet. x ja y riippuvat siitä, mikä vaihe on nopeutta määräävä. Jos reaktiomekanismi on hyvin yksinkertainen, jossa A ja B osuvat toisiinsa ja siirtyvät sitten yhden siirtymätilan kautta tuotteiksi, x=a ja y=b. k on reaktion nopeusvakio. Se muuttuu lämpötilan, paineen ja muiden olosuhteiden mukaan.

Nopeusyhtälö on differentiaaliyhtälö. Jos se integroidaan, saadaan yhtälö, joka kertoo, miten reagenssien ja tuotteiden pitoisuudet muuttuvat ajan myötä.

Erikoistapauksissa yhtälö on hyvin helppo ratkaista ja löytää k. Esimerkiksi ensimmäisen kertaluvun reaktiossa yhtälö on:

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

Integrointi antaa:

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

Näin ollen ln [ A ] {\displaystyle \ln {[A]}} $\ln {[A]}$ kuvaaja ajan t suhteen antaa suoran, jonka kaltevuus on - k {\displaystyle -k} $-k$ .

Joskus kokeet voidaan tehdä niin, että reaktio näyttää ensimmäisen kertaluvun reaktiolta. Jos yhden reagenssin pitoisuus pidetään yhtä suurena, sitä voidaan pitää vakiona. Yhtälöstä tulee r = k [ A ] [ B ] = k ′ [ A ] {\displaystyle r=k[A][B]=k'[A]} $r=k[A][B]=k'[A]$ jossa k' on pseudo ensimmäisen asteen nopeusvakio. Tällöin k' voidaan laskea edellä esitetyllä menetelmällä.

Viite

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

Perusreaktiomekanismit
Nukleofiilinen substituutio	Yksimolekyylinen nukleofiilinen substituutio (S_N 1) - Bimolekyylinen nukleofiilinen substituutio (S_N 2) - Nukleofiilinen aromaattinen substituutio (S_N Ar) - Nukleofiilinen sisäinen substituutio (S_N i)
Eliminaatioreaktio	Yksimolekyylinen eliminaatio (E1) - E1cB eliminaatioreaktio - Bimolekyylinen eliminaatio (E2).
Additioreaktiot	Elektrofiilinen additio - Nukleofiilinen additio - Vapaaradikaalinen additio - Sykloadditio
Aiheeseen liittyvät aiheet	Alkeisreaktio - Molekyylit - Stereokemia - Katalyysi - Törmäysteoria - Liuotinvaikutukset - Nuolen työntäminen
Kemiallinen kinetiikka	Nopeusyhtälö - Nopeutta määrittävä vaihe

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on korkoyhtälö?

A: Nopeusyhtälö (tai nopeuslaki) on yhtälö, jota käytetään kemiallisen reaktion nopeuden laskemiseen. Siinä otetaan huomioon reagoivien aineiden ja tuotteiden pitoisuudet sekä muut olosuhteet, kuten lämpötila ja paine.

K: Miten nopeusvakio voidaan laskea?

V: Erityistapauksissa on mahdollista ratkaista differentiaaliyhtälö ja löytää k integroimalla se. Esimerkiksi ensimmäisen kertaluvun reaktiossa ln[A]:n ja ajan t välinen kuvaaja antaa suoran, jonka kaltevuus on -k.

K: Mitä x ja y edustavat yleisessä reaktiokaavassa?

V: x ja y riippuvat siitä, mikä vaihe on nopeutta määräävä. Jos reaktiomekanismi on hyvin yksinkertainen, jossa A ja B osuvat toisiinsa ja siirtyvät sitten tuotteiksi yhden siirtymätilan kautta, x=a ja y=b.

K: Onko olemassa toinen tapa laskea k, jos yhden reagenssin pitoisuus on suuri?

V: Kyllä, jos yhdellä reagenssilla on suuri pitoisuus, jonka voidaan ajatella olevan vakio, siitä tulee niin sanottu pseudo-ensimmäisen kertaluvun nopeusvakio (k'). Tätä voidaan käyttää myös k':n laskemiseen.

K: Miten lämpötila vaikuttaa nopeusvakioon?

V: Nopeusvakio muuttuu lämpötilan, paineen ja muiden olosuhteiden myötä.

K: Minkä tyyppinen yhtälö on nopeusyhtälö?

V: Nopeusyhtälö on differentiaaliyhtälö.