2.7 : Hız Yasası ve Reaksiyon Sırası

Bir reaksiyonun hızı reaktanların konsantrasyonundan etkilenir. Hız yasaları (diferansiyel hız yasaları) veya hız denklemleri, bir kimyasal reaksiyonun hızı ile reaktanların konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi tanımlayan matematiksel ifadelerdir.

Örneğin, a ve b'nin stokiyometrik katsayılar olduğu genel bir aA + bB ⟶ çarpımı reaksiyonunda hız yasası şu şekilde yazılabilir:

hız = k[A]^m[B]^n

[A] ve [B] reaktanların molar konsantrasyonlarını temsil eder ve k, belirli bir sıcaklıkta belirli bir reaksiyon için spesifik olan hız sabitidir.

M ve n üsleri reaksiyon dereceleridir ve kesirler, negatif değerler veya sıfır olabilmelerine rağmen tipik olarak pozitif tam sayılardır.

Hız sabiti k ve reaksiyon dereceleri m ve n, reaktanların konsantrasyonları değiştikçe reaksiyon hızının nasıl değiştiğinin gözlemlenmesi ile deneysel olarak belirlenir. Hız sabiti k, reaktan konsantrasyonlarından bağımsızdır ancak sıcaklığa göre değişir.

Hız yasasındaki reaksiyon dereceleri, hızın reaktan konsantrasyonlarına matematiksel bağımlılığını tanımlar. Genel hız yasasına göre (hız = k[A]^m[B]^n), reaksiyon A'ya göre m'inci dereceden ve B'ye göre n'inci derecedendir. Örneğin, eğer m = 1 ve n = 2 ise, reaksiyon A'da birinci dereceden ve B'de ikinci derecedendir. Genel reaksiyon sırası basitçe her reaktanın derecelerinin toplamıdır. Buradaki örnek hız yasası için reaksiyon genel olarak üçüncü derecedendir (1 + 2 = 3).

Hız yasalarının belirlenmesine yönelik yaygın bir deneysel yaklaşım, başlangıç ​​hızları yöntemidir. Bu yöntem, farklı başlangıç ​​reaktan konsantrasyonları kullanılarak gerçekleştirilen çoklu deneysel denemeler için reaksiyon hızlarının ölçülmesini içerir. Bu denemeler için ölçülen oranların karşılaştırılması, reaksiyon sıralarının ve ardından hız sabitinin belirlenmesine olanak tanır ve bunlar birlikte bir hız yasası formüle etmek için kullanılır.

Hız yasaları bazı reaktanlar için kesirli dereceler sergileyebilir ve bazen bir reaktanın konsantrasyonundaki bir artış reaksiyon hızında bir azalmaya neden olduğunda negatif reaksiyon dereceleri gözlemlenir. Hız yasalarının yalnızca deneyle belirlendiğini ve reaksiyon stokiyometrisi ile güvenilir bir şekilde tahmin edilemediğini belirtmek önemlidir.

Reaksiyon sırası, reaksiyon hızı ile reaktanların veya ürünlerin konsantrasyonu arasındaki ilişkiyi belirler.

• Sıfır dereceli bir reaksiyonda, reaktanların konsantrasyonunun reaksiyon hızı üzerinde herhangi bir etkisi yoktur ve reaksiyon boyunca sabit kalır.
• Birinci dereceden bir reaksiyonda reaksiyon hızı, reaktan konsantrasyonundaki değişiklikle doğrudan ve doğrusal olarak orantılıdır. Reaktif konsantrasyonu azaldıkça reaksiyon hızı da orantılı olarak azalır.
• İkinci dereceden veya daha yüksek dereceden reaksiyonlarda reaksiyon hızı, reaktanların üstel değeriyle orantılıdır. Bu nedenle reaksiyon ilerledikçe ve reaktanların konsantrasyonu azaldıkça reaksiyon hızı katlanarak azalır.

Bu metin ABC’den uyarlanmıştırOpenstax, Chemistry 2e, Section 12.3: Rate Laws.