§3 Лимитирующая стадия, молекулярность и порядок реакции
§1 Скорость химической реакции: https://vk.com/@chemistrynaeasy-skorost-him-reakcii
§2 Факторы влияющие на скорость химической реакции: https://vk.com/@chemistrynaeasy-go-i-ge
Прямой эфир по 20 типу заданий ЕГЭ «Скорость реакции, её зависимость от различных факторов». Чисто практика. Рекомендуется к просмотру после прочтения первых двух параграфов: https://vk.com/video-173827312_456239122
Лимитирующая стадия
Пиф-паф, погнали
Вот у нас есть реакция:
2НI + Н2О2 → I2 + 2Н2О
Запишите для неё кинетическое уравнение (кто не знает как это делать → бегом в §1)
Небось такое выдали:
Ну так нет, это сложная реакция и она проходит в несколько стадий. Механизм именно этой реакции хорошо изучен, она проходит в две стадии:
1) НI + Н2О2 → НIО + Н2О (эта стадия идёт намного дольше)
2) НIО + НI → I2 + Н2О (чем эта)
Общую скорость реакции определяет какая-то самая медленная элементарная реакция. Такая реакция называется — скоростьопределяющей или лимитирующей стадиейПоэтому кинетическое уравнение для этой реакции будет таким:
Перенесём на жизнь
Давай представим, что гипермаркет закрывается. Внутрь уже никого не пускают, но все клиенты, которые внутри будут обслужены. В общем, до последнего клиента внутри.
И вот, на трёх кассах стоят последние клиенты. Время закрытия гипермаркета зависит от самой медленной кассы. Она будет являться лимитирующей стадией. Именно от неё зависит, когда кассир, охранник, менеджер, администратор уйдут с работы домой к семье и тёплой кроватке.
Как понять какая стадия будет лимитирующей?
Да фиг знает. Может тот парень с зелёной коробкой у красной кассы покупает пылесос и просит вскрыть упаковку и проверить его работоспособность. «Ну капец, что за чудо решил купить технику в 23:00!» — думает кассир. «Ёшкин кот, полчаса с тобой возиться теперь, фр-фр-фр"…
А может медленней всего окажется синяя касса, где больше всего народу, что кстати и кажется наиболее логичным. Неизвестно. Как окажется может показать только ЭКСПЕРИМЕНТ. Вот после него мы и узнаем, какая касса была — лимитирующей стадией закрытия нашего воображаемого гипермаркета, который работает до последнего клиента внутри.
Абсолютли тоже самое в химии.
Давай ещё раз на химическом примере
K2Cr2O7 + 14HI → 3I2 + 2CrI3 + 2KI + 7H2O
Я надеюсь, никто не записал такое кинетическое уравнение к этой реакции?!
Ведь просто невозможно, чтобы для образования продуктов этой реакции одновременно столкнулись между собой 1 молекула K2Cr2O7 и 14 молекул HI. Да ни в жизни!
Эта сложная реакция и она включает в себя несколько простых (элементарных) реакций. Вы уже знаете, что общее кинетическое уравнение будет определять лимитирующая стадия. Как же понять, какая из стадий будет самой медленной? Только экспериментально. Оказалось, что самая медленная (лимитирующая) стадия этой реакции связана с каким-то превращением дихромата калия.
Поэтому, общее кинетическое уравнение для этой реакции будет таким:
v = k[K2Cr2O7]Так кинетика помогает узнать механизм реакции. Учёные могут управлять реакцией, зная её механизм. Но конечно, чтобы выяснить этот механизм проводится множество исследований.
Молекулярность реакции
H2S → H2 + S — мономолекулярная
CH3Br + KOH → CH3OH + KBr — бимолекулярная
2NO + O2 → 2NO2 — тримолекулярная
Ну или в общем виде
AB → А + В — мономолекулярная
А + В → АВ — бимолекулярная (наиболее вероятно)
2А + В → А2В — тримолекулярная (очень маловероятно)
Ну, поняли уже, что такое молекулярность реакции?
Молекулярность реакции — это число исходных частиц, одновременно участвующих в элементарном химическом акте. Молекулярность может быть 1, 2 и 3. А чё, 4 не?
Не.
Мономолекулярная — окей. Бимолекулярная реакция — окей. Тримолекулярная — очень редко, но тоже окей.
А четыре или тетрамолекулярная реакция? Анриал.
Как в жизни, представь...
У каждого из нас была ситуация, в которой неожиданно пересекаешься со знакомым человеком в каком-либо месте — (бимолекулярная реакция). Довольно реже у каждого из нас бывало или не бывало вовсе, что неожиданно пересекаешься с двумя знакомыми одновременно. Вот прям одновременно слышите, именно так нужно! (Тримолекулярная реакция). И совершенно ни у кого не было (а если было напишите), чтобы одновременно в одном месте пересеклись четверо знакомых. Анриал просто.
Кхм, кхм уточнение. Конечно это прям должны быть абсолютно разноплановые знакомые. Понятное дело, что можно и вшестером одновременно пересечься, если это были знакомые одногруппники в макдаке после пары. Тут имеется ввиду, что, например, ты на улице одновременно встретился с преподавателем по алгебре, тренеру по каратэ и продавщицей из того магазина. Тетрамолекулярная реакция — не бывает такого.
Порядок реакции
Порядок реакции — это суммарный показатель степеней у сомножителей в кинетическом уравненииОй, всё, всё, всё. Идём сразу к примерусам.
Реакция
2NO + O2 → 2 NO2
Её кинетическое уравнение
v = k[NO]2[O2], да в данном случае оно именно такое, потому что это редкий пример тримолекулярной реакции.
Получается, что здесь второй порядок по NO и первый порядок по О2. А суммарный порядк этой реакции (2+1) = 3. То есть это и тримолекулярная реакция и реакция третьего порядка. Молекулярность и порядок реакции здесь совпадают, но это не всегда так челиус…
Для элементарных реакций порядок реакции — целочисленная величина, совпадающая с молекулярностью реакции. Для всех других (сложных реакций, которые идут в несколько стадий) порядки можно определить только экспериментально. Причём они могут иметь как целочисленные, так и дробные и (даже нулевое) значения.
Хотела тут с вами ещё поинтегрировать и повыражать константы скорости для реакций нулевого (там нечего выражать), первого, второго и третьего порядков, но чёт я думаю интегрировать вы уже не особо хотите, так что ловите готовые выражения для константы скорости нулевого (k0), первого (k1), второго (k2) и третьего (k3) порядков реакций:
