Μηχανισμός αντίδρασης

Με μια ματιά

Ελέγχεις έναν προτεινόμενο μηχανισμό προσθέτοντας τα στοιχειώδη στάδια και απαλείφοντας τα ενδιάμεσα είδη. Τον δέχεσαι μόνο αν προκύπτει η συνολική αντίδραση και αν συμφωνεί με τον πειραματικό νόμο ταχύτητας. Θεωρείς ότι το αργό στάδιο ελέγχει την ταχύτητα και βρίσκεις τους εκθέτες του νόμου από μετρήσεις, όχι αυθαίρετα από τη συνολική εξίσωση.

2Κεντρική ιδέα

Χαρακτηρίζεις απλή μια αντίδραση που πραγματοποιείται σε 1 στοιχειώδες στάδιο. Χαρακτηρίζεις σύνθετη μια αντίδραση που πραγματοποιείται σε περισσότερα στοιχειώδη στάδια. Ονομάζεις μηχανισμό αντίδρασης τη διατεταγμένη σειρά αυτών των σταδίων. Θεωρείς ότι το αργό στοιχειώδες στάδιο ελέγχει την ταχύτητα. Δέχεσαι έναν προτεινόμενο μηχανισμό μόνο όταν, μετά την πρόσθεση των σταδίων και την απαλοιφή των ενδιάμεσων ειδών, προκύπτει η συνολική αντίδραση και όταν ο μηχανισμός συμφωνεί με τον μετρημένο νόμο ταχύτητας. Για αντιδρώντα Α και Β γράφεις τον πειραματικό νόμο στη μορφή:

Βρίσκεις τους εκθέτες από μετρήσεις. Δεν τους αντιγράφεις από τους συντελεστές της συνολικής εξίσωσης χωρίς στήριξη από έγκυρο μηχανισμό. Σε σταθερές συνθήκες θεωρείς το $k$ ανεξάρτητο από τις συγκεντρώσεις. Συνδέεις την τιμή του με την αντίδραση και τη θερμοκρασία και βρίσκεις τη μονάδα του από τη συνολική τάξη και τη μονάδα χρόνου. Αν εμφανίζεται καθαρό στερεό, παραλείπεις τη συγκέντρωσή του από τον νόμο ταχύτητας. Διατηρείς όμως τη φυσική κατάσταση, επειδή η εκτεθειμένη επιφάνειά του μπορεί να επηρεάζει την ταχύτητα. Στις εξετάσεις του 2027 χρησιμοποιείς τη σχολική επεξεργασία του μηχανισμού της ενότητας 3.3.

3Μηχανισμός

Πρόσθεσε κατά μέλη τις εξισώσεις των στοιχειωδών σταδίων και διατήρησε τις φυσικές καταστάσεις. Ακύρωσε κάθε ενδιάμεσο είδος που παράγεται σε ένα στάδιο και καταναλώνεται σε άλλο. Σύγκρινε την εξίσωση που απομένει με τη συνολική αντίδραση. Απόρριψε τον μηχανισμό αν δεν ταυτίζονται. Εντόπισε το αργό στάδιο, επειδή αυτό ελέγχει την ταχύτητα στο σχολικό μοντέλο. Σύγκρινε τον προτεινόμενο μηχανισμό με τον πειραματικό νόμο ταχύτητας. Απόρριψέ τον αν δεν συμφωνούν. Έλεγξε τις φυσικές καταστάσεις, την παράλειψη τυχόν καθαρού στερεού και τη μονάδα του $k$.

4Έλεγχος προτεινόμενου μηχανισμού

Σε ερώτηση επιλογής αποφασίζεις αν ένας υποθετικός μηχανισμός είναι συμβατός με τη συνολική αντίδραση και έναν υποθετικά δοσμένο πειραματικό νόμο ταχύτητας.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Κατέγραψε τη συνολική αντίδραση:

   $$2\chem{NO}\state{g} + \chem{O_2}\state{g} \rxn 2\chem{NO_2}\state{g}$$

   και τα προτεινόμενα στάδια:

   $$\chem{NO}\state{g} + \chem{O_2}\state{g} \rxn \chem{NO_3}\state{g}$$

   $$\chem{NO_3}\state{g} + \chem{NO}\state{g} \rxn 2\chem{NO_2}\state{g}$$

   Θεώρησε αργό το 1ο στάδιο.

2. Δείξε το βήμα 2

   Πρόσθεσε τα 2 στάδια και ακύρωσε το $\chem{NO_3}\state{g}$. Παίρνεις ακριβώς τη συνολική αντίδραση.

3. Δείξε το βήμα 3

   Θεώρησε ότι για αυτή την υποθετική αντίδραση μετρήθηκε ο ακόλουθος νόμος και σύγκρινέ τον με το αργό στάδιο:

   $$\rate=k\conc{\chem{NO}}\conc{\chem{O_2}}$$

   Οι παράγοντες συγκέντρωσης συμφωνούν με τα αντιδρώντα του αργού σταδίου.

4. Δείξε το βήμα 4

   Επίλεξε ότι ο προτεινόμενος μηχανισμός είναι συμβατός, επειδή περνά και τον έλεγχο της συνολικής αντίδρασης και τον έλεγχο του πειραματικού νόμου.

5Συχνά λάθη

• Αντιγράφεις τους συντελεστές της συνολικής αντίδρασης ως εκθέτες στον νόμο ταχύτητας χωρίς πειραματική ή μηχανιστική στήριξη.
• Δέχεσαι έναν μηχανισμό χωρίς να ελέγξεις ότι το άθροισμα των σταδίων δίνει τη συνολική αντίδραση.
• Συμπεριλαμβάνεις τη συγκέντρωση καθαρού στερεού στον νόμο ταχύτητας ή θεωρείς ότι η επιφάνειά του δεν επηρεάζει την ταχύτητα.
• Παραλείπεις τις φυσικές καταστάσεις ή γράφεις το $k$ χωρίς μονάδα που συμφωνεί με τη συνολική τάξη και τη μονάδα χρόνου.