Hastighetsekvation | en ekvation som används för att beräkna hastigheten hos en kemisk reaktion

Hastighetsekvationen (eller hastighetslagen) är en ekvation som används för att beräkna hastigheten för en kemisk reaktion. För en allmän reaktion aA + bB → C är hastighetsekvationen följande:

r = k [ A ] x [ B ] y {\displaystyle r\;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}} $r\;=\;k[\mathrm {A} ]^{x}[\mathrm {B} ]^{y}$

Här är [A] och [B] koncentrationerna av A och B. x och y beror på vilket steg som är hastighetsbestämmande. Om reaktionsmekanismen är mycket enkel, där A och B träffar varandra och sedan övergår till produkter genom ett övergångstillstånd, är x=a och y=b. k är reaktionens hastighetskonstant. Denna ändras med temperatur, tryck och andra förhållanden.

Hastighetsekvationen är en differentialekvation. Om den integreras får man en ekvation som anger hur koncentrationen av reagens och produkter förändras med tiden.

I speciella fall är det mycket enkelt att lösa ekvationen och hitta k. I en första ordningens reaktion är ekvationen till exempel:

r = - d [ A ] d t = k [ A ] {\displaystyle r=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]} $r=-{\frac {d[A]}{dt}}=k[A]$

Att integrera ger:

ln [ A ] = - k t + ln [ A ] 0 {\displaystyle \ \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}}}} $\ \ln {[A]}=-kt+\ln {[A]_{0}}$

En plott av ln [ A ] {\displaystyle \ln {[A]}} $\ln {[A]}$ mot tiden t ger en rät linje med en lutning på - k {\displaystyle -k} $-k$ .

Ibland kan man göra experiment så att reaktionen ser ut som en första ordningens reaktion. Om koncentrationen av en reagens hålls på samma höga värde kan den betraktas som en konstant. Ekvationen blir r = k [ A ] [ B ] = k ′ [ A ] {\displaystyle r=k[A][B]=k'[A]} $r=k[A][B]=k'[A]$ där k' är den pseudo första ordningens hastighetskonstant. Då kan metoden ovan användas för att beräkna k'.

Referens

↑ ^1.01.1 https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/transition-state-theory/

Grundläggande reaktionsmekanismer
Nukleofil substitution	Unimolekylär nukleofil substitution (S_N 1) - Bimolekylär nukleofil substitution (S_N 2) - Nukleofil aromatisk substitution (S_N Ar) - Nukleofil intern substitution (S_N i)
Elimineringsreaktion	Unimolekylär eliminering (E1) - E1cB-eliminationsreaktion - Bimolekylär eliminering (E2)
Additionsreaktioner	Elektrofil addition - nukleofil addition - addition av fria radikaler - cykladdition
Relaterade ämnen	Elementär reaktion - Molekularitet - Stereokemi - Katalys - Kollisionsteori - Effekter av lösningsmedel - Pilar som skjuter
Kemisk kinetik	Hastighetsekvation - Hastighetsbestämmande steg

Frågor och svar

F: Vad är en hastighetsekvation?

S: Hastighetsekvationen (eller hastighetslagen) är en ekvation som används för att beräkna hastigheten för en kemisk reaktion. Den tar hänsyn till koncentrationerna av reaktanter och produkter samt andra förhållanden som temperatur och tryck.

F: Hur kan hastighetskonstanten beräknas?

S: I speciella fall är det möjligt att lösa differentialekvationen och hitta k genom att integrera den. I en reaktion av första ordningen ger t.ex. en plott av ln[A] mot tiden t en rät linje med en lutning på -k.

Fråga: Vad representerar x och y i den allmänna reaktionsformeln?

S: x och y beror på vilket steg som är hastighetsbestämmande. Om reaktionsmekanismen är mycket enkel, där A och B träffar varandra och sedan övergår till produkter genom ett övergångstillstånd, är x=a och y=b.

F: Finns det ett annat sätt att beräkna k om en reagens har en hög koncentration?

S: Ja, om en reagens har en hög koncentration som kan betraktas som konstant blir det vad som kallas pseudo-första ordningens hastighetskonstant (k'). Detta kan också användas för att beräkna k'.

F: Hur påverkar temperaturen hastighetskonstanten?

S: Hastighetskonstanten förändras med temperatur, tryck och andra förhållanden.

F: Vilken typ av ekvation är hastighetsekvationen?

S: Hastighetsekvationen är en differentialekvation.