คำศัพท์เฉพาะทางเคมีChemical Kinetics
Reaction Rates
Part 1. Concentration Changes
Chemical kinetics is the study of the speed with which a chemical reaction occurs and the factors that affect this speed. This information is especially useful for determininghow a reaction occurs.
What is meant by the speed of a reaction? The speed of a reaction is the rate at which the concentrations of reactants and products change.
Consider the following hypothetical example. The letters A, B, and C represent chemical species (in this context, the letters do not represent elements). Suppose the following imaginary reaction occurs:
A + 2 B → 3 C
The simulation below illustrates how this reaction can be studied. The apparatus at the left is called a stopped-flow apparatus. Each syringe contains a solution filled with a different reactant (A or B). When the two solutions are forced out of the syringes, they are quickly mixed in a mixing block and the reaction starts. The reacting solution passes through the tube at the bottom. An analytical technique such as spectrophotometry is used to measure the concentrations of the species in the reaction mixture (which is in the tube at the bottom) and how those concentrations change with time.
In this example, the syringe at the left contains a solution of species A, which has a green color. The syringe at the right contains a solution of species B, which has a light blue color. The product C has a red color.
The graph at the right shows how the concentration of each species changes as time progresses. Run the simulation and observe the stopped-flow experiment and the shape of the concentration-time plots.
Notice that the color of the reaction mixture changes as the reaction progresses. The reactants are green and light blue, which when mixed produce a green color. As the reactants are consumed, the product, which is red, is produced.
This behavior is reflected in the concentration-time plots. The concentration of A, shown by the green line, decreases as time progresses, because the reaction consumes A. The same behavior is observed for B (light blue line). Conversely, there is initially no product C (red line) present. The reaction produces C, however, so the concentration of C increases as time goes by. (In this simulation, A and B were initially present in stoichiometric amounts.)
Part 2. Reaction Rate
The rate of change in the concentrations of the reactants and products can be used to characterize the rate of a chemical reaction. The rate of change in the concentration corresponds with the slope of the concentration-time plot.
The simulation below is the same as that presented above except that the slope of the concentration-time curves are also plotted on the graph. Select the species (A, B, or C) whose slope is shown and use the contols to step through the points on the graph.
In examining the simulation, answer the following questions:
• How does the slope change with time for a given species?
• Is the slope the same for all species?
• What is the sign of the slope for the reactants?
• What is the sign of the slope for the product?
Concepts
In the previous exercise the concentration-time plots showed that each species in the reaction has its own rate of change in concentration. The reactants have a negative slope, because they are being consumed in the reaction. Products have a positive slope, because they are being formed in the reaction. For the hypothetical example reaction
A + 2 B → 3 C
the stoichiometric coefficient for species B is twice that of species A; thus the concentration of B will decline twice as fast as that of species A. Similarly, the concentration of species C increases three times as fast as the concentration of A decreases.
Conceptually there should be a single, unambiguous rate for a reaction. How might such a rate be defined given the highly varied rates of change for the various species in the reaction?
The rate of reaction, r, is defined to be the slope of the concentration-time plot for a species divided by the stoichiometric coefficient of that species. Additionally, if the species is a reactant, the negative value of the slope is used, because the slope is negative and a positive rate is desired. For the example shown above
rate of reaction = r = - d [A]
d t = - 1
2 d [B]
d t = 1
3 d [C]
d t
Notice that this definition produces the same rate of reaction irrespective of which species in the reac
คำศัพท์เฉพาะทางเคมีจลนพลศาสตร์เคมี
อัตราปฏิกิริยา
ส่วนที่ 1 การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น
จลนศาสตร์เคมีคือการศึกษาของความเร็วที่ปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นและปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วนี้ ข้อมูลนี้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับ determininghow ปฏิกิริยาเกิดขึ้น.
อะไรคือความหมายโดยความเร็วของปฏิกิริยา? ความเร็วของปฏิกิริยาเป็นอัตราที่มีความเข้มข้นของสารตั้งต้นและการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์.
พิจารณาตัวอย่างสมมุติต่อไปนี้ ตัวอักษร A, B และ C เป็นตัวแทนของสารเคมีชนิด (ในบริบทนี้ตัวอักษรที่ไม่ได้เป็นตัวแทนองค์ประกอบ) สมมติว่าปฏิกิริยาจินตนาการต่อไปนี้เกิดขึ้น:
+ 2 B → C 3
จำลองด้านล่างแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยานี้สามารถศึกษา อุปกรณ์ที่ด้านซ้ายเรียกว่าเครื่องหยุดไหล เข็มฉีดยาแต่ละคนมีวิธีการแก้ปัญหาที่เต็มไปด้วยสารตั้งต้นที่แตกต่างกัน (A หรือ B) เมื่อทั้งสองโซลูชั่นที่มีการบังคับให้ออกจากเข็มฉีดยาที่พวกเขาจะได้อย่างรวดเร็วผสมในการป้องกันการผสมและปฏิกิริยาเริ่มต้น วิธีการแก้ปัญหาปฏิกิริยาผ่านท่อที่ด้านล่าง เทคนิคการวิเคราะห์เช่น spectrophotometry ใช้ในการวัดความเข้มข้นของสายพันธุ์ผสมปฏิกิริยา (ซึ่งอยู่ในท่อที่ด้านล่าง) และวิธีการที่มีความเข้มข้นของผู้ที่เปลี่ยนไปตามกาลเวลา.
ในตัวอย่างนี้เข็มฉีดยาที่ด้านซ้ายมีวิธีการแก้ปัญหาของ สายพันธุ์ที่มีสีเขียว เข็มฉีดยาที่ด้านขวามีวิธีการแก้ปัญหาของสายพันธุ์ B ซึ่งมีสีฟ้าอ่อน C ผลิตภัณฑ์ที่มีสีแดง.
กราฟที่ด้านขวาแสดงให้เห็นว่ามีความเข้มข้นของการเปลี่ยนแปลงในแต่ละสายพันธุ์เป็นเวลาผ่านไปเรื่อย เรียกใช้การจำลองและการสังเกตการทดลองหยุดไหลและรูปร่างของแปลงความเข้มข้นของเวลา. ขอให้สังเกตว่าสีของการเปลี่ยนแปลงผสมปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาดำเนินไป สารตั้งต้นมีสีเขียวและแสงสีฟ้าซึ่งเมื่อผสมผลิตสีเขียว ในฐานะที่เป็นสารตั้งต้นที่มีการบริโภคผลิตภัณฑ์ที่เป็นสีแดงคือการผลิต. ลักษณะการทำงานนี้จะสะท้อนให้เห็นในการแปลงความเข้มข้นของเวลา ความเข้มข้นของแสดงโดยเส้นสีเขียวที่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเรื่อยเพราะปฏิกิริยากินเอพฤติกรรมเดียวกันเป็นที่สังเกตของ B (สายสีฟ้าอ่อน) ตรงกันข้ามมีในตอนแรกไม่มีสินค้า C (สายสีแดง) ในปัจจุบัน ปฏิกิริยาผลิต C แต่เพื่อความเข้มข้นของการเพิ่มขึ้นของ C เวลาเป็นไปตาม (ในการจำลองนี้ A และ B เป็นครั้งแรกในปริมาณ stoichiometric.) ส่วนที่ 2 อัตราการเกิดปฏิกิริยาอัตราการเปลี่ยนแปลงในระดับความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำมาใช้ในลักษณะของอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี อัตราการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นที่สอดคล้องกับความลาดเอียงของพล็อตความเข้มข้นของเวลา. จำลองด้านล่างเป็นเช่นเดียวกับที่นำเสนอข้างต้นยกเว้นว่าความชันของเส้นโค้งความเข้มข้นของเวลาที่มีพล็อตกราฟบน เลือกชนิด (A, B, หรือ C) ที่มีความลาดชันจะแสดงและใช้ contols ที่จะก้าวผ่านจุดบนกราฟ. ในการตรวจสอบการจำลองการตอบคำถามต่อไปนี้: •การเปลี่ยนแปลงอย่างไรลาดชันที่มีเวลาสำหรับสายพันธุ์ที่ได้รับ ? •มีความลาดชันเหมือนกันสำหรับทุกชนิด? •เป็นสัญญาณของความลาดชันสำหรับสารตั้งต้นคืออะไร? •สัญญาณของความลาดชันสำหรับผลิตภัณฑ์คืออะไรแนวคิดในการออกกำลังกายก่อนแปลงความเข้มข้นเวลาแสดงให้เห็นว่าในแต่ละสายพันธุ์ ปฏิกิริยามีอัตราการของตัวเองของการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้น สารตั้งต้นที่มีความลาดชันเชิงลบเพราะพวกเขาจะถูกใช้ในการทำปฏิกิริยา สินค้ามีความลาดชันเชิงบวกเพราะพวกเขากำลังเกิดขึ้นในการตอบสนอง สำหรับปฏิกิริยาตัวอย่างเช่นสมมุติ+ 2 บี 3 → C ค่าสัมประสิทธิ์ stoichiometric สำหรับสายพันธุ์ B เป็นสองเท่าของสปีชีส์; ทำให้ความเข้มข้นของ B จะลดลงสองครั้งที่รวดเร็วเป็นที่ของสายพันธุ์เอในทำนองเดียวกันความเข้มข้นของสายพันธุ์ C เพิ่มขึ้นสามครั้งเร็วที่สุดเท่าที่ความเข้มข้นของลดลง. แนวคิดว่าควรจะมีเพียงครั้งเดียวในอัตราที่ชัดเจนสำหรับการเกิดปฏิกิริยา วิธีดังกล่าวอาจได้รับการกำหนดอัตราที่กำหนดในอัตราที่แตกต่างกันอย่างมากของการเปลี่ยนแปลงสายพันธุ์ต่างๆในการตอบสนองหรือไม่อัตราการเกิดปฏิกิริยา, R, ถูกกำหนดให้เป็นความชันของพล็อตความเข้มข้นของเวลาสำหรับสายพันธุ์หารด้วยค่าสัมประสิทธิ์ของทฤษฎี ว่าสายพันธุ์ นอกจากนี้หากเป็นเผ่าพันธุ์ที่ผิดใจ, ค่าลบของความลาดชันจะใช้เพราะความลาดชันเป็นลบและมีอัตราการบวกเป็นที่ต้องการ ตัวอย่างข้างต้นแสดงให้เห็นว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยา = r = - d [] = dt - 1 2 d [B] dt = 1 3 d [C] dt สังเกตว่าคำนิยามนี้ผลิตในอัตราเดียวกันของการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่คำนึงถึงชนิด Reac
การแปล กรุณารอสักครู่..
