Reaktsioonikiirus
Reaktsioonikiirus näitab, kui kiiresti süsteemi koostis ajas muutub. Tasakaalustatud võrrand annab stöhhiomeetrilised seosed, kuid kiirusseadus kirjeldab katseliselt, kuidas kiirus sõltub kontsentratsioonist ja temperatuurist. Kiirusseaduse astmeid ei saa üldjuhul lugeda kogu reaktsiooni kordajatest; need tuleb mõõta ning need annavad olulisi piiranguid võimalikele reaktsioonimehhanismidele.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Kiirus on kontsentratsioonikõvera tõus
Reaktsioonis aA→pP saab normaliseeritud kiiruse kirjutada v=−(1/a)d[A]/dt=(1/p)d[P]/dt. Miinusmärk muudab reagendi kahanemise põhjal arvutatud kiiruse positiivseks. Keskmine kiirus kasutab lõplikku kontsentratsioonimuutust ajavahemikus; hetkkiirus on puutuja tõus kindlal ajahetkel. Tüüpiline ühik on mol·L⁻¹·s⁻¹.
Kiirusseadus tuleb katsest
Empiirilises seoses v=k[A]^m[B]^n määratakse m ja n katsetega. Kui [A] kahekordistamine kahekordistab kiiruse, m=1; kui kiirus neljakordistub, m=2; kui ei muutu, m=0. Ainult elementaarse reaktsioonisammu korral võib stöhhiomeetriline kordaja olla otse sama mis kineetiline aste. Kogu võrrand võib peita mitut vaheastet.
Integreeritud seadused muudavad aja mõõdetavaks
Esimest järku reaktsiooni korral ln[A]=ln[A]₀−kt ja t½=ln2/k, mistõttu poolestusaeg ei sõltu algkontsentratsioonist. Nulljärgu korral on [A] lineaarne t suhtes, teise järgu lihtmudelis sageli 1/[A]. Sobiva sirgjoonelise graafiku leidmine on praktiline viis reaktsioonijärgu kontrollimiseks, kuid mudelit tuleb hinnata koos mõõtevea ja mehhanismi muutumise võimalusega.
Algkiiruste meetod
Võrreldakse katseid, kus korraga muudetakse ainult ühe reagendi kontsentratsiooni. Kui [A] kahekordistub ja kiirus kasvab kaheksa korda, 2^m=8 ning m=3. Sama tehakse teiste reagentidega ja seejärel leitakse k. Temperatuur tuleb hoida muutumatuna, sest k sõltub temperatuurist ning kontsentratsiooni ja temperatuuri mõju segamine annaks vale reaktsioonijärgu.
Mehhanism peab seletama kineetikat
Hea elementaarsammude mehhanism peab summaarselt andma õige reaktsioonivõrrandi ja samal ajal ennustama mõõdetud kiirusseaduse. Vaheühendid tekivad ühes sammus ja kaovad teises, mistõttu nende kontsentratsioon tuleb teoreetilisest kiirusseadusest sageli eemaldada eeltasakaalu või statsionaarse oleku lähendusega. Katalüsaator osaleb sammudes, kuid taastub lõpus ning muudab mehhanismi ja aktivatsioonibarjääre.
Harjutused
Teine järk
[A] kahekordistub ja algkiirus neljakordistub. Mis on aste A suhtes?
Lahendus: 2^m=4, seega m=2.
Kolmas järk
[A] kahekordistub ja kiirus suureneb kaheksa korda. Leia m.
Lahendus: 2^m=8=2³, seega m=3.
Poolestusaeg
Esimest järku reaktsiooni k=0,0350 s⁻¹. Leia t½.
Lahendus: t½=ln2/k≈0,693/0,0350≈19,8 s.