Μέση ταχύτητα αντίδρασης

Με μια ματιά

Σε κλειστό σύστημα σταθερού όγκου, υπολογίζεις τη μέση ταχύτητα αντίδρασης σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα από τις μεταβολές συγκέντρωσης. Για μια ισοσταθμισμένη αντίδραση χρησιμοποιείς:

Οι πεζοί χαρακτήρες είναι οι θετικοί στοιχειομετρικοί συντελεστές, το Δ δηλώνει μεταβολή και το t χρόνο. Χρησιμοποιείς τη σχέση για να μετατρέπεις ταχύτητες εξαφάνισης ή σχηματισμού σε μέση ταχύτητα αντίδρασης και αναφέρεις μονάδα συγκέντρωσης ανά μονάδα χρόνου.

2Κεντρική ιδέα

Σε κλειστό σύστημα με σταθερό όγκο, υπολογίζεις τη μέση ταχύτητα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

Για ένα αντιδρών, χρησιμοποιείς τη μέση ταχύτητα εξαφάνισης και βάζεις αρνητικό πρόσημο:

Για ένα προϊόν, χρησιμοποιείς τη μέση ταχύτητα σχηματισμού και βάζεις θετικό πρόσημο:

Για την αντίδραση

παίρνεις τα $a$, $b$, $c$ και $d$ ως θετικούς στοιχειομετρικούς συντελεστές. Διαιρείς κάθε ταχύτητα εξαφάνισης ή σχηματισμού με τον αντίστοιχο συντελεστή:

Αναφέρεις τη μονάδα συγκέντρωσης ανά μονάδα χρόνου. Αν μετράς τον χρόνο σε δευτερόλεπτα, χρησιμοποιείς συνήθως:

Αν μετράς τον χρόνο σε λεπτά, κρατάς τα λεπτά στη μονάδα.

3Εύκολος υπολογισμός από 2 συγκεντρώσεις

Σε κλειστό δοχείο σταθερού όγκου εξετάζεις τη μεταβολή των συγκεντρώσεων κατά τη μονόδρομη αντίδραση.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις την ισοσταθμισμένη εξίσωση και εντοπίζεις ότι και οι 2 στοιχειομετρικοί συντελεστές είναι $1$:

   $$\chem{A}\rxn\chem{B}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Καταγράφεις τη βάση όγκου, το χρονικό διάστημα και τις συγκεντρώσεις:

   $$V=2.0\unit{L},\quad \Delta t=10\unit{s}$$

   $$\conc{\chem{A}}:0.50\rxn0.30\unit{mol\,L^{-1}},\qquad \conc{\chem{B}}:0.10\rxn0.30\unit{mol\,L^{-1}}$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Υπολογίζεις τη μεταβολή της συγκέντρωσης του αντιδρώντος:

   $$\Delta\conc{\chem{A}}=0.30-0.50=-0.20\unit{mol\,L^{-1}}$$
4. Δείξε το βήμα 4

   Βάζεις αρνητικό πρόσημο για την εξαφάνιση του $\chem{A}$ και βρίσκεις θετική ταχύτητα:

   $$-\frac{\Delta\conc{\chem{A}}}{\Delta t} =-\frac{-0.20}{10} =0.020\unit{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$$
5. Δείξε το βήμα 5

   Διαιρείς με τον στοιχειομετρικό συντελεστή $1$ και βρίσκεις τη μέση ταχύτητα αντίδρασης:

   $$\overline{\rate}=0.020\unit{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$$
6. Δείξε το βήμα 6

   Ελέγχεις το αποτέλεσμα από τον σχηματισμό του προϊόντος:

   $$\frac{\Delta\conc{\chem{B}}}{\Delta t} =\frac{0.30-0.10}{10} =0.020\unit{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$$

4Στοιχειομετρική μετατροπή ταχύτητας

Σε κλειστό δοχείο σταθερού όγκου $3,0$ L, η μέση ταχύτητα σχηματισμού της $\chem{NH_3}$ είναι $0,080$ mol L⁻¹ s⁻¹ στο χρονικό διάστημα από $0$ s έως $4$ s. Υπολογίζεις τη μέση ταχύτητα αντίδρασης και τη μέση ταχύτητα εξαφάνισης του $\chem{H_2}$.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις την ισοσταθμισμένη εξίσωση και διαβάζεις τους συντελεστές $1$, $3$ και $2$:

   $$\chem{N_2}+3\chem{H_2}\rxn2\chem{NH_3}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Καταγράφεις το πεπερασμένο χρονικό διάστημα, τον σταθερό όγκο και τη θετική ταχύτητα σχηματισμού του προϊόντος:

   $$\Delta t=4\unit{s},\qquad V=3.0\unit{L}$$

   $$\frac{\Delta\conc{\chem{NH_3}}}{\Delta t} =0.080\unit{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Διαιρείς την ταχύτητα σχηματισμού της $\chem{NH_3}$ με τον συντελεστή $2$:

   $$\overline{\rate} =\frac{1}{2}\frac{\Delta\conc{\chem{NH_3}}}{\Delta t} =\frac{0.080}{2} =0.040\unit{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$$
4. Δείξε το βήμα 4

   Πολλαπλασιάζεις τη μέση ταχύτητα αντίδρασης με τον συντελεστή $3$ και εφαρμόζεις το αρνητικό πρόσημο στη μεταβολή του αντιδρώντος:

   $$-\frac{\Delta\conc{\chem{H_2}}}{\Delta t} =3\overline{\rate} =3\cdot0.040 =0.120\unit{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}$$

5Συχνά λάθη

• Η συγκέντρωση αντιδρώντος μειώνεται και η ταχύτητα αντίδρασης δεν είναι αρνητική. Βάλε αρνητικό πρόσημο στη μεταβολή της συγκέντρωσης.
• Η ταχύτητα ενός συστατικού δεν ταυτίζεται πάντα με την ταχύτητα αντίδρασης. Διαίρεσε με τον αντίστοιχο στοιχειομετρικό συντελεστή.
• Η αλλαγή από λεπτά σε δευτερόλεπτα αλλάζει και την αριθμητική τιμή της ταχύτητας. Μετέτρεψε συνεπώς χρόνο και τιμή ή διατήρησε τα λεπτά.
• Η μεταβολή ποσότητας δεν είναι από μόνη της μεταβολή συγκέντρωσης. Χρησιμοποίησε τον σταθερό όγκο για τη μετατροπή.