Reaksiyon Order ve Mechanisme Giriş

Kimyasal kinetiğinde, iki merkezi konsept, tepkilerin nasıl meydana geldiğini anlamamıza yol açıyor: reaksiyon düzeni ve tepki mekanizması hakkında ipucu verebilir ve mekanizmanın bilgilendirilmesine yardımcı olabilir. Bu ilişki yalnızca teorik ilgi alanlarına dönüşen temel adımların sırasını da derinden iç içe geçmiş olsa da, katalizörler ve materyaller, mekanizmalar ve yolların kontrol edilmesi ve gözlemleyeceği şekilde, kontrol edilebilir.

Chemists deneysel verilerden önemli çaba harcama yasalarını harcıyorlar - ilk oranları teşvik etmek, izolasyon yöntemi kullanmak veya entegre oran yasaları uygulamak.Başlangıçta (zero, ilk, ikinci, kesik, hatta negatif) genellikle temel moleküler olayların karmaşıklığıyla ilgili ipucunu araştırıyor. Ancak, bağlantı her zaman basit değildir: basit bir genel sipariş, bir laboratuvar mekanizması maskeleyebilir ve yüksek bir düzen, bir deceptli basit bir süreçtir.

Reaksiyon siparişi anlamak

Tanım ve Deneysel Belirlenme

Reaksiyon düzeni, tepki verenin konsantrasyonunun deneysel olarak belirlenmiş bir oran yasasında yükseltildiği gibi tanımlanır.Genel bir reaksiyon için \(aA + bB \rightarrow ürünleri), oran yasası genellikle şöyle yazılır: oran = \(k[A) \(k[A) \ (m\) tam tersi ile ilgili olarak belirlenebilir, sıfırdaki değişiklikler veya sıfıra saygı ile ilgili olarak belirlenir.

Deneysel olarak, ortak yöntemler, başlangıç oranlarının aksine (Dönetici) içerir[Döneticileri farklı başlangıç konsantrasyonlarla çalışır; örneğin, ilk sipariş verme yöntemi[Döneticileri büyük aşırılıkta olduğu gibi; ve][D][/etkiler için) bir sonraki yanıt için doğru bir şekilde ayarlandığında, sabit bir süre içinde tekrarlayıcı tepki verir.

Reaksiyon siparişlerinin örnekleri

  • [FONT=0)Zero-order tepkileri:[Döntgen: 0,4] Oran, heterojen katalizdeki ortak (örneğin, bir T.C., bir T.C.'de amonyakınlık üzerine çöküntü) ve enzim-catalyzed reaksiyonların yüksek substrat konsantrasyonlarında (toplamanın bir kısmı) bağımsızdır.
  • [FONT:0) İlk sipariş tepkileri: [Dönder: → [Dönder: 1] Bir tepkinin yoğunlaşması doğrudan doğru orantılıdır. Örnekler radyoaktif çürüme, birçok atamik termal dekompozisyon içerir (örneğin, N2O5 → N2O4 + 1⁄2 O2) ve aşırı sudaki bazı hidrostatik reaksiyonları içerir.
  • [FONT:0]İkinci sipariş reaksiyonları: [Dönetici:0]) Bu oran iki konsantrasyonun ürününe bağlıdır (veya tek bir konsantrasyon karesi). SN2 alt kurum, Diels-Alder reaksiyonları ve birçok gaz-fay radikal reaksiyonları tipiktir.
  • [FONT:0) Yüksek ve kesik siparişler: [Dönder: [Dönetici:0] Yüksek ve kesik siparişler: [Düzücükler: [Dönetici:0) [Dönetici:0))) 3-üçüncü sıra tepkileri (üçüncü sıra) H2 + Br2 → 2HBİR + NO + NO + NO + O2 → 2NO2.

Reaksiyon emirleri tamamen ampiriktir - gözlemlenenleri tanımlar, stoichiometrinin önerdiği şey değildir. Bu, oranın arkasındaki mekanizmanın ortaya çıkmasının ilk ipucudur.

Rechanism Kompleksi

İlk Adımlar ve Molekülerlik

Bir reaksiyon mekanizması, moleküler olayların tam sırasını açıklar - temel adımlar olarak bilinir - tepki verenler ürünlere dönüştürülür.Her bir temel adım tek bir moleküler olaydır: bir nonimolecular adım (bir molekül arka sıraları veya dekomposes), bir bimolecular adım (iki molekül çarpıktı), veya çok nadiren termolecularca bir adım (üç moleküllü adım) İlk adım (üçlü adım) İlk adımın ikinci sıra dışı adımların ikinci sırası, iki sıra dışı adıma eşittir.

Ancak, çoğu kimyasal reaksiyon temel değildir; birden fazla adımla devam ederler, genellikle sıradaki en yavaş adım ile ilgilidir (Dönemli) Bu ortalar radikaller, iyonlar veya metalartable moleküller olabilir.

Kompleks Faktörler

  • [FONT:0]Number of steps:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir zincir reaksiyonu birçok yayılımı, başlangıç ve sonlandırma adımları içerebilir (örneğin, hidrokarbon yanma).
  • [FONT:0) Aracılar:[[Dönetici:0) Bazı mekanizmalar ileri ve ters tepkilere yol açan, karmaşık oran ifadelerine yol açan çok sayıda ortaya sahiptir.
  • [FONT:0]Kataliz ve engellenme:[Döneticiler aktivasyon enerjisini azaltabilecek ek adımlar tanıtıyor, ancak inhibitörleri tepkilerle rekabet edebilir.
  • [FONT:0]Parallel ve ardışık reaksiyonlar:) Ürünler, genel kinetiği hesaplamak için rekabetçi yollar ile oluşturulabilir.

Bu tür mekanizmaları analiz etmek için, kimyagerler genellikle sürekli devlet felcini kullanır (orta konsantrasyonlar ilk patlamadan sonra sabit kalır) veya önceden eşdeğer bir denge ( RDS'den önce hızlı bir denge) sağlar.Bu matematiksel araçlar daha sonra deneysel verilere kıyasla bir mekanizmayı öngörür.

Reaksiyon Order ve Mechanism Kompleksi arasındaki bağlantı

Basit Mechanisms Önlenebilir Siparişler Verebilir

Bir reaksiyon tek bir temel adıma devam ederse, tepki düzeni bu adımın molekülerliğini eşitleştirir. Örneğin, cyclobutane dekompozisyonunun gaz-fakisi (her tepkide ilk sıra dışı ve sergilenir) [Cidden, bir adım)

Kompleks Mechanism genellikle Non-Integer veya beklenmedik Orders'ı geri döndürür

Bu mekanizma birden çok adıma sahip olduğunda, gözlemlenen oran yasası sadece genel işlemden bir kısmını yansıtabilir – özellikle de O3 ile O2 + O2 arasında bir olumsuz reaksiyona sahip olur.

Benzer şekilde, hidrojen-bromine tepki (H2 + Br2 → 2HBr) Br2 dissociation tarafından başlatılan bir zincir mekanizması ile devam eder. Deneysel oran yasası karmaşıktır, kesikli siparişlerle: = k[H2][Br2]^{1⁄2} / (1 + k)

Apbaba Siky Maske Kompleksi

Buna karşılık, yüksek bir kompleks mekanizması ile bir reaksiyon, basit bir ilk veya ikinci sipariş oranı yasasını belirli koşullar altında gösterebilir. Örneğin, enzim-catalyzed reaksiyonlar genellikle Michaelis-Menten kinetics'i takip eder, düşük substrat konsantrasyonu ilk sıraya göre görünür, ancak yüksek substrat konsantrasyonu sıfır derece uygundur. mekanizma en az iki adım daha içerir - gözlemlenen siparişler konsantrasyon ile reaksiyonları içerir.

Bu, önemli bir nokta gösteriyor: [DÜD:0) Açıklama emri, RDS'nin sadece bir tepki molekülü veya diğer tepki vericilerin büyük aşırılıkta (pseudo-order koşulları) mevcut olup olmadığını düşük sipariş oranı kanununu verebilir.

İlişkiyi Etkileyen Örnekler

Unimolecular Dekompozisyonlar

Birçok gaz-fazem dekompozisyonları, tek bir molekülün tepkiye tepki verdiği bir sürü reaksiyona ilk olarak, bir molekülün tepkiye karşılık verdiği bir ilk toparlama ile devam ettiğine inanılıyor.Açık basit bir basitliğe rağmen, Lindemann-Hinshelwood mekanizmasının bile, düşük basınçlarda karmaşık davranışlara sahip olabileceğini gösteriyor.

Bimolecular Rezitler

Bimolecular genellikle ikinci sıralı kinetiği verir, ancak her zaman. NO ve O3 arasındaki tepki genel olarak ikinci sıradır (her birinde ilk sipariş), ve mekanizma H2 ile tepki olarak takip edilir. Ancak, H2 ve I2 ile HI arasındaki reaksiyon her zaman ikinci sırayı oluşturur (her birinde ilk sipariş), ancak mekanizma iki adımlı bir aşamanın altında iki adımlı bir mekanizma vardır: H2 ile tepki ile tepki olarak takip edilir.

Zincir Tepkileri ve Patlamaları

H2 + Br2 tepkisi gibi zincir reaksiyonları, sık sık sık sık sık sık sık sık parçalı veya negatif siparişlerle sonuçlanabilir ve bu zincir yayılımı ve sonlandırma arasındaki dengeyi gösterir. Örneğin, mekanizmanın karmaşıklığı ve farklı adımların öneminin bir sonucudur.

Enzyme Kinetics: Order and Saturation

Enzyme-catalyzed reaksiyonlar, yüksekte reaksiyon düzeninin substrat konsantrasyonu ile nasıl değişebileceğinin bir ders örneğidir. Düşük [S], oran (ve mekanizma basit görünür, substrat bağlayıcılığı ile basit görünür.) Yüksekte (S), gözlemlenen bir düzene göre sıfır sipariş edilir.

Sınırlar ve Nuances

Tepki emri güçlü mekaniksel anlayış sağlayabilirken, ilk olarak, sıra dışı bir parametredir: doğrudan size farklı koşullarla veya ortalıkların kimliklerini anlatamaz. İki farklı mekanizma aynı oranda üretebilir, bu yüzden ek kanıtlar (örneğin stereokimya, izotoplama veya spektroskopik bir ara gözlem) genellikle gerekli değildir. İkincisi, sipariş farklı koşullarla tanımlanabilir: düşük basınçta ikinci sıraya göre ilk sıralanan bir tepki, yüksek basınçta ilk sıralanabilir.

Dahası, hızlı pre-equilibria ile çok yönlü mekanizmalar için, gözlemlenen reaksiyon düzeni, RDS molekülerliğinden daha az görünebilir.Floren-catalyzed ester hidrolysis klasik örneği olarak, RDS, protonlu bir magnezyumlu estere olan suyun toplam bağımlılığıdır, ancak reaksiyon genellikle esterinde azalmayı gösterir.

Bu İlişki Neden Uygulamada Önemlidir

Tepki düzeni ve mekanizması arasındaki bağlantıyı anlamak birkaç uygulamalı alanda önemlidir. Kimyasal mühendislikte, reaktör tasarlamak doğru oranda denklemleri gerektirir. Basit bir ilk sipariş varsayımı, mekanizmanın aslında işlem koşullarında sıfır siparişin nasıl gerçekleşeceğini tahmin edebilir.In uyuşturucu metabolizması, enzim dönüşümlerin kinetiği (örneğin, CYP450 tepki) genellikle Michaelis-Menten davranışını takip eder.

atmosferik kimyada, ozon tükenme gibi tepkiler karmaşık yarıjen döngüleri içerir ve gözlemlenen oran yasaları (genellikle non-integer emirler) modellemek için gereklidir. Aynı şekilde, yanma kinetiği NOx formasyon gibi türlerin kesilmesi için çeşitli mekanizmalara güvenir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Tepki düzeni ve reaksiyon mekanizması arasındaki ilişki, kimyasal kinetics'deki güçlü bir araçtır. Basit temel tepkiler moleküleritelerini eşleştiren siparişler üretirken, çok adımlı mekanizmalar RDS'den önce geniş bir dizi sipariş verebilir. Ancak, konverse her zaman doğru değildir: düşük sipariş oranı yasası, özellikle de hızdaki bir reaksiyon hızının tamamen basit veya equilibria'yı RDS'den önce ortaya koyar.

Gözlemlenen oran yasası ve altta yatan moleküler olaylar arasındaki etkileşimin tanınmasıyla, araştırmacılar kimyasal reaksiyonları tahmin etme ve optimize etme yeteneği kazanırlar - laboratuvar tezgahtan endüstriyel ölçeklere kadar.Bir sonraki sefer basit bir ilk sipariş çürütüğünü gördüğünüzde, bir mekaniksel buzdağının ipucu olup olmadığını sorun.

[FONT:0] [Dönetici: · 9|Dönemli) [Dönetici: 4] [Dönetici: 4] [Dönetici: 4)) [Dönetici: 4|Dönetici:)) [Dönetici: 9|Dönergelik)))))) [Döneticileri ve tepki mekanizmalarına giriş.[Khan Akademisi)[Dönetici: 16/01|D)[Dönetici: 9|Dönerli)