A kinetika vagy a kémiai reakciók aránya az egyik legbonyolultabb téma, amellyel a középiskolai és a főiskolai kémia hallgatók szembesülnek. A kémiai reakció sebessége leírja, hogy a termékek és a reagensek koncentrációi hogyan változnak az idővel. A reakció előrehaladtával a sebesség csökken, mivel a reaktánsok közötti ütközés esélye fokozatosan csökken. A vegyészek tehát hajlamosak a reakciókat a „kezdeti” sebességgel leírni, amely a reakció sebességére utal az első néhány másodpercben vagy percben.
Általában a vegyészek a kémiai reakciókat a formában képviselik
aA + bB ---> cD + dD,
ahol A és B jelentése reagensek, C és D jelentése termékek, a, b, c és d pedig a kiegyensúlyozott kémiai egyenletben megadott együtthatóik. A reakció sebesség-egyenlete ezután:
arány = (-1 ÷ a) d ÷ dt = (-1 ÷ b) d ÷ dt = (1 ÷ c) d ÷ dt = (1 ÷ d) d ÷ dt,
ahol szögletes zárójelek a reagens vagy termék koncentrációját jelölik; a, b, c és d a kiegyensúlyozott kémiai egyenletek koefficienseit képviselik; és t az idő.
Írjon kiegyensúlyozott kémiai egyenletet a vizsgált reakcióhoz. Példaként vegye figyelembe a hidrogén-peroxid (H2O2) reakcióját, amely vízre bomlik, H2O és oxigén, O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
A „kiegyensúlyozott” reakciók azonos számú atomtípust tartalmaznak a nyíl bal és jobb oldalán egyaránt. Ebben az esetben mindkét oldal négy hidrogénatomot és két oxigénatomot tartalmaz.
Vegyük fel a sebesség-egyenletet a Bevezetésben megadott egyenlet alapján. Folytatva a példát az 1. lépéstől:
sebesség = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 1) d ÷ dt.
Cserélje ki a koncentráció és az idő adatait a 2. lépés egyenletére a probléma során rendelkezésre álló vagy a kísérlet során nyert információk alapján. Tegyük fel például, hogy a fentebb leírt reakcióhoz a következő adatokat nyertük:
idő (s), (M) 0, 0,250 10, 0,226
Ezek az adatok azt mutatják, hogy 10 másodperc után a hidrogén-peroxid koncentrációja 0,250 mol / liter-ről 0,226 mol / liter-re csökkent. A sebesség-egyenlet ezután lesz
sebesség = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = - (1 ÷ 2) (0,226 - 0,250) ÷ 10 = 0,0012 M / s.
Ez az érték jelzi a reakció kezdeti sebességét.