Ред на реакция: концепция, видове

В химическата кинетика една от важните задачи е да се намери редът на реакцията. Въпреки че тази стойност също е формална, тя позволява най-добрият начин да се отрази експерименталната зависимост на скоростта на всяка реакция от концентрацията. Като правило, за да се намери скоростта на реакцията, се използват концентрациите на изходните съединения в градуси, съответстващи на техните стехиометрични коефициенти. Но това е вярно само за много прости реакции.

Редът на химичната реакция над веществото е стойността на степента n, в която концентрацията на това съединение влиза във формулата за намиране на експериментално получената реакционна скорост. Но общият ред е сумата от всички поръчки за вещества: n = n₁ + п₂. Стойностите на n₁ и n₂ съответстват на стехиометрични коефициенти в уравненията на едноетапни реакции. Всъщност те могат да имат положителни или отрицателни стойности, да бъдат числа или частични числа.

Например, за уравнението за взаимодействие H₂+ йота₂ -> 2HIota-, което съответства на формулата за определяне на скоростта v = kC_НC_аз, поръчките за вещества са n_Н= 1 и n_аз= 1, общият ред на реакцията е п = п_Н+п_аз= 1 + 1 = 2.

Нула ред

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

• ако се използва изходен материал в значителен излишък;
• ако скоростта се регулира от енергията на активиране на молекулите, участващи в реакцията, например при фотосинтеза.

Като пример, помислете за реакцията на етилацетат с вода, т.е. нейното осапуняване.

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

Тъй като взаимната разтворимост на началните вещества е изключително малка, основната им маса е в различни фази. Когато етерът се консумира в химическа реакция, нова част от него пристига от етерния слой своевременно, т.е. неговата концентрация в разтвора не намалява.

Реакции от първи ред

Такова взаимодействие на веществата може условно да бъде записано от уравнението: A -> B. Пример за това е разпадането на диметил етер:

SEta-₃OSEta-₃-> CEa-₄+Eta-₂+CO

За които скоростта на реакцията се определя като v = kC_S2N6O. В този случай, редът на веществото и общото поръчката е една и съща и са еднакви.

Практическата стойност за реакции от първи ред има времето (tau-) за определяне на определена концентрация С, ако първоначалната концентрация С_за, както и полуживота tau-_1/2, това е времето, през което половината от изходния материал има време да реагира.

Реакции от втори ред

Такива реакции включват реакции като А + В -> продукти. Пример за това е гореспоменатата реакция за производството на водороден йодид или алкалното осапуняване на етилацетат:

SEta-₃SEA₂Н₅ + Ота-- -> CH₃СОО- + С₂Н₅Ота-, v = kC_S4N8O2C_OH.

Също така (к) вторият ред е отделен реакции на разлагане тип: 2A -> продукти. Примерите включват следното:

• 2NOCl -> 2NO + Cl₂, v = kC²_NOCl.
• 2О_{3 ->} 3О₂, v = kC²_O3.
• 2NO₂ -> 2NO + O2, v = kC²_NO2.

Последващи реакции

Реакциите на третата и следващите поръчки са по-рядко от предишните версии. Това се дължи на ниската вероятност от едновременно появяване в пространството на три или повече частици. Независимо от това, пример за такива взаимодействия може да бъде образуването на азотен диоксид и въглерод от техните монооксиди:

• 2NOmicron- + Omicron-₂→ 2Намикрон-₂, v = kC²_NOC_O2.
• 2CO + O₂→ 2СО₂, v = kC²_COC_O2.

За такива реакции има също зависимостта на концентрациите на реагентите по време на курса им. Формулите за намиране на периода на полу-трансформация и константите на скоростта на реакциите се обединяват чрез въвеждане на индекс n, равен на реда на същите тези реакции.

Молекулярност на реакцията

Не е необходимо да се обърква редът на реакцията с нейната молекулна способност, която се определя точно от броя на молекулите, които изпълняват действието на химическата трансформация. За разлика от порядъка, който се определя експериментално, молекулярната същност на химичната реакция има теоретична основа. За да го определите, трябва да разберете същността на процеса, точно как молекулите взаимодействат помежду си, през кои етапи на трансформацията преминават.

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

• ако един от реагентите е взет в голям излишък, както вече бе споменато по-горе;
• за много хетерогенни реакции редът може да се промени по време на тяхното изпълнение, особено ако се променят условията за преминаването им;
• каталитичните реакции имат многостепенен механизъм, чиято същност не винаги се отразява от стехиометричното уравнение;
• в комплексни многостепенен реакции спрямо общата стойност на скоростта, само една от междинните стойности може да се отрази, което в резултат ще определи реда на цялата трансформация.

Мономолекулните реакции включват разлагане на молекули:

аз₂ -> 2I

При двумолекулните реакции две молекули се сблъскват. И това могат да бъдат молекули на различни вещества, и едни и същи:

Н₂+ йота₂ -> 2HI

Trimolecular се отнася до такива реакции, за изпълнението на които са необходими три молекули от началните вещества:

2NOmicron- + H₂ -> N₂Omicron- + H₂ох

Н₂ + ох₂ -> 2Н₂ох