Въведение в скорост на химична реакция

Скоростта на химичната реакция се дефинира като промяната на концентрациите на изходните вещества и продуктите в течение на времето, и концентрацията се определя в мол за литър, а времето в секунди. Така че скоростта на химичната реакция се измерва в мол на литър за секунда. Мол за литър за секунда звучи доста като метър за секунда, което, ако си спомняш от физиката, е мерната единица за скорост. Средната скорост е равна на промяната на х върху промяната на времето, и да направим сравнение със средната скорост ни помага да осмислим определението за скорост в химията, ако го приложим към една много проста реакция. Нека имаме изходно вещество А, което се превръща в продукт В. В началния момент времето е нула, и започваме с начална концентрация на А от 1,00 мол на литър. А още не се превърнало в В. Значи времето е 0, и концентрацията на В е 0,0. Нека да кажем, че са изминали две секунди. Изминават две секунди и отново измерваме концентрацията на А. Концентрацията на А очевидно се понижава, тъй като А се превръща в В. Нека да кажем, че концентрацията на А е станала 0,98 М (мола на литър). Значи сме изгубили 0,2 М от концентрацията на А. Тъй като А се превръща в В, след две секунди концентрацията на В е 0,02 М. Понеже А се превръща в В. Значи това е концентрацията на В след две секунди. Ако искаме да намерим средната скорост на реакцията тук, можем да заместим във формулата за скорост на реакцията. Промяната на концентрацията, промяната на концентрацията на продукта, върху промяната във времето. Значи скоростта е равна на промяната в концентрацията на продукта което е крайната концентрация минус началната концентрация. Крайната концентрация е 0,02. Замествам тук 0,02, и изваждам началната концентрация на продукта, която е 0,0,. Значи 0,02 – 0,0, цялото върху промяната във времето. Това е крайното време минус началното, това е 2 – 0. Значи средната скорост на реакцията ще бъде равна на 0,02 делено на 2, което е 0,01 М (мола за литър) за секунда. Това е средната скорост на реакцията за времето от 0 до 2 секунди. Можем да направим същото нещо и за А, можем да дефинираме скоростта на реакцията не като образуването на В, а като изчерпването на А. Тогава скоростта ще бъде равна на, промяната на концентрацията на А това е финалната концентрация на А, която е 0,98, минус началната концентрация на А, която е 1,00. Значи 0,98 – 1,00, и това е върху крайното време минус началното време, значи върху ( 2– 0). И получаваме –0,02 върху 2, при което получаваме отрицателна скорост на реакцията, но в химията скоростта на реакцията се дефинира като положителна величина. Затова ни трябва знак минус. Затова трябва да сложим отрицателен знак, защото така ще получим накрая положителна стойност за скоростта. И получаваме 0,02 делено на 2, което отново е 0,01 М (мола за литър) за секунда. Значи получаваме положителна стойност за скорост на реакцията. Добре, изчислихме средната скорост на реакцията, като използвахме изчерпването на А и образуването на В, и бихме могли да направим това малко по-общо. Можем да кажем, че скоростта е равна на промяната в концентрацията на А върху промяната на времето, но да не забравяме отрицателния знак. Поставяме знак минус, за да получим положителна скорост. Значи скоростта е равна на отрицателната промяна на концентрацията на А, върху промяната на времето, и това е равно на промяната в концентрацията на В върху промяната на времето, и тук няма нужда от отрицателен знак, защото вече видяхме в примера, че тук получаваме положителна стойност за скоростта. Така че има два начина за изразяване на скоростта на реакцията. Така че тук го записах в общия случай. Но нека да видим една по-сложна реакция. Тук имаме уравнението на разлагане на диазотен пентаоксид до азотен диоксид и кислород. Нека кислородът да се образува със скорост 9 по 10^–6 М/s. Каква е скоростта на образуване на азотния диоксид? Ако погледнем химичното уравнение, виждаме, че за един мол кислород, който се получава, получаваме четири мола азотен диоксид. Просто трябва да умножим скоростта на образуване на кислород по четири, и получаваме 3,6 по 10^–5 мола за литър за секунда. Така че NO2 се образува четири пъти по-бързо от О2. А какво да кажем за диазотния пентаоксид? Така , N2О5. Нека да погледнем молните отношения. За един мол кислород, който се образува, се разлагат два мола диазотен пентаоксид. Ако започнем със скоростта на образуване на кислород, тъй като моларното отношение е едно към две, трябва да умножим това по две, и понеже губим диазотния пентаоксид, поставяме отрицателен знак. Така получаваме –1,8 по 10^–5 мола за литър за секунда. Значи диазотния пентаоксид изчезва два пъти по-бързо, отколкото се образува кислород. Добре, да видим сега каква е скоростта на реакцията. Скоростта на реакцията е равна на, мога просто да кажа, е равна на образуването на кислорода. Можем да кажем, че е равна на 9,0 по 10–6 мола за литър за секунда, ще го запиша ето тук долу. Скоростта е равна на концентрацията на кислорода върху промяната на времето. Добре, а ако искаме да изразим скоростта чрез образуването на азотния диоксид? Добре, образуването на азотен диоксид е 3,6 по 10–5. Значи това е 3,6 по 10–5. Трябва да помислиш по какво трябва да умножим това число, за да получим това число? Тъй като това е четири по числото вляво, значи трябва да го умножим по 1/4. Добре, тук долу, където имаме промяната на концентрацията на азотния диоксид върху промяната на времето, за да получим същата скорост, трябва да умножим по 1/4. И накрая да видим диазотния пентаоксид. Казахме, че той се разлага със скорост –1,8 по 10^–5. Отново, по какво трябва да умножим това число, за да получим 9,0 по 10^–6? Това число беше два пъти по-голямо от това число, значи трябва да го умножим по 1/2. Трябва да се отърва от отрицателния знак, тъй като скоростта на реакцията е по определение положителна величина. Значи ми трябва знак минус. Така че това ми дава 9,0 по 10^–6. Значи мога да изразя скоростта чрез изчерпването на диазотния пентаоксид мога да запиша промяната на N2О5 върху промяната на времето, и трябва да поставя знак минус също така. Сега, след като видяхме как можем да изразяваме скоростта, можем да погледнем уравнението на реакцията. Тук имаме 2 пъти диазотен пентаоксид, и забележи, че тук имаме 2 в израза за скоростта. За азотния диоксид имаме коефициент четири. Така че тук имаме 4. И за кислорода... нека да използвам зелено... Имаме коефициент едно. Значи записвам 1 върху 1, само за да покажа принципа за изразяване на скоростта.