Ordinea de reacție: concept, tipuri

În cinetica chimică, una dintre sarcinile importante este de a găsi ordinea reacției. Deși această valoare este de asemenea formală, ea permite cea mai bună modalitate de a reflecta dependența experimentală a ratei oricărei reacții asupra concentrației. Ca regulă, pentru a găsi viteza de reacție, se folosesc concentrațiile compușilor inițiali luați în grade corespunzătoare coeficienților lor stoechiometrici. Dar acest lucru este valabil doar pentru reacțiile foarte simple.

Ordinea reacției chimice asupra substanței este valoarea gradului n, în care concentrația acestui compus intră în formula pentru a găsi viteza de reacție obținută experimental. Dar ordinea generală este suma tuturor ordinelor pentru substanțe: n = n₁ + n₂. Valorile n₁ și n₂ corespund coeficienților stoichiometrici în ecuațiile reacțiilor într-o singură etapă. De fapt, ele pot avea valori pozitive sau negative, sunt numere întregi sau fracționate.

De exemplu, pentru ecuația de interacțiune H₂+ iota-₂ -> 2HIota-, care corespunde formulei de determinare a vitezei v = kC_HC_eu, ordinele pentru substanțe sunt n_H= 1 și n_eu= 1, ordinea generală a reacției este n = n_H+n_eu= 1 + 1 = 2.

Ordinul Zeroth

Unele reacții au un ordin de reacție zero. De regulă, acestea nu sunt afectate de concentrațiile compușilor inițiali. Acest lucru se întâmplă în următoarele cazuri:

• dacă orice material de pornire este luat în exces substanțial;
• dacă viteza este reglată de energia de activare a moleculelor care participă la reacție, de exemplu, în fotosinteză.

Ca exemplu, luați în considerare reacția acetatului de etil cu apă, adică saponificarea sa.

SEta-₃SEA₂Eta-₅ + Eta-₂О -> СЕта-₃COOta + C₂Eta-₅OΗ

Deoarece solubilitatea mutuală a substanțelor inițiale este extrem de mică, masa lor principală este în diferite faze. Atunci când eterul este consumat într-o reacție chimică, o nouă porțiune a acestuia ajunge în timp util din stratul eteric, adică concentrația sa în soluție nu scade.

Reacții de ordinul întâi

O astfel de interacțiune a substanțelor poate fi condiționată în mod condiționat de ecuația: A -> B. Un exemplu este descompunerea dimetil eterului:

SEta-₃OSEta-₃-> CEa-₄+Eta-₂+CO

Pentru care viteza de reacție este definită ca v = kC_S2N6O. În acest caz, ordinea substanței și a totalului ordinea este aceeași și sunt egale cu unul.

Valoarea practică pentru reacțiile de prim ordin are timpul (tau-) de determinare a unei anumite concentrații C, dacă concentrația inițială C_despre, precum și timpul de înjumătățire plasmatică tau-_1/2, acesta este timpul în care jumătate din materia primă are timp să reacționeze.

Reacții secundare

Astfel de reacții includ reacții ca produsele A + B ->. Un exemplu este reacția menționată mai sus pentru producerea de iodură de hidrogen sau saponificarea alcalină a acetatului de etil:

SEta-₃SEA₂H₅ + Ota-- -> CH₃СОО- + С₂H₅Ota-, v = kC_S4N8O2C_OH.

De asemenea, (k) al doilea ordin este separat reacții de descompunere tip: 2A -> produse. Exemplele includ următoarele:

• 2NOCI -> 2NO + Cl₂, v = kC²_NOCl.
• 2O_{3 ->} 3O₂, v = kC²_O3.
• 2NO₂ -> 2NO + O2, v = kC²_NO2.

Reacții ulterioare

Reacțiile ordinelor trei și ulterioare sunt mai puțin frecvente decât versiunile anterioare. Aceasta se datorează probabilității scăzute de apariție simultană în spațiu a trei sau mai multe particule. Cu toate acestea, un exemplu de astfel de interacțiuni poate fi formarea dioxidului de azot și a carbonului din monoxidurile lor:

• 2NOmicron- + Omicron-₂→ 2NOmicron-₂, v = kC²_NUC_O2.
• 2CO + O₂→ 2СО₂, v = kC²_COC_O2.

Pentru astfel de reacții, există, de asemenea, o dependență a concentrațiilor reactivului în momentul desfășurării acestuia. Formulele pentru determinarea semiperioadă și constantele de viteză de reacție sunt unificate prin introducerea unui indice n, egal cu ordinea acestor aceleași reacții.

Molecularitatea reacției

Nu confunda ordinea reacției cu moleculare sale, care este determinată de numărul de molecule care efectueaza actul de transformare chimică. Spre deosebire de ordinea, care este determinată experimental, natura moleculară a reacției chimice are o bază teoretică. Pentru a determina este necesar să se înțeleagă esența procesului exact cum moleculele interacționează unele cu altele, prin care trec etapa de conversie.

Există mai multe motive pentru care ordinea și moleculația nu coincid pentru aceeași reacție:

• dacă unul dintre reactivi este luat într-un exces mare, așa cum s-a menționat mai sus;
• pentru multe reacții eterogene, ordinea se poate schimba în timpul implementării lor, mai ales dacă se schimbă condițiile de trecere a acestora;
• reacțiile catalitice au un mecanism în mai multe etape, esența căruia nu este întotdeauna reflectat de ecuația stoichiometrică;
• Reacțiile multistep complicate doar poate afecta valoarea totală a vitezei intermediare, care, ca rezultat va determina ordinea tuturor transformărilor.

Reacțiile monomoleculare includ descompunerea moleculelor:

eu₂ -> 2I

În reacțiile bimoleculare, două molecule se ciocnesc. Și pot fi molecule de substanțe diferite, și același lucru:

H₂+ iota-₂ -> 2HI

Trimoleculară se referă la astfel de reacții, pentru implementarea cărora sunt necesare trei molecule ale substanțelor inițiale:

2NOmicron- + H₂ -> N₂Omicron- + H₂oh

H₂ + oh₂ -> 2H₂oh