قوانین سرعت واکنش
قانون سرعت بیان میکند که سرعت یک واکنش چگونه به غلظت واکنشدهندههای آن بستگی دارد و شکل انتگرالی آن پیشبینی میکند که این غلظتها چگونه در طول زمان تغییر میکنند.
Definition
قانون سرعت واکنش یک معادله تجربی است که سرعت لحظهای یک واکنش را به غلظت واکنشدهندهها مرتبط میکند، که هر یک به توانی که مرتبه آن را تعریف میکند، با یک ثابت سرعت وابسته به دما، بالا برده شده است.
Scope
این موضوع به تعیین تجربی قوانین سرعت میپردازد: تعریف سرعت واکنش، مفاهیم مرتبه و مولکولاریته، ثابت سرعت، و روشهایی مانند سرعتهای اولیه و ایزولاسیون برای یافتن مراتب. معادلات سرعت انتگرالی برای واکنشهای مرتبه صفر، اول و دوم، نیمهعمرهای مربوطه، و تحلیل واکنشهای برگشتپذیر، موازی و متوالی را توسعه میدهد. بازسازی مکانیسمها از قوانین سرعت و منشأ نظری ثابتهای سرعت در موضوعات جداگانه بررسی میشوند.
Core questions
- مرتبه واکنش چگونه به صورت تجربی از دادههای غلظت-زمان تعیین میشود؟
- معادلات سرعت انتگرالی و نیمهعمرها برای مراتب واکنش رایج کدامند؟
- مولکولاریته و مرتبه چه تفاوتی دارند و چرا لزوماً با هم منطبق نیستند؟
- واکنشهای موازی و متوالی چگونه به صورت کینتیکی تحلیل میشوند؟
Key concepts
- سرعت واکنش و ثابت سرعت
- مرتبه و مولکولاریته
- معادلات سرعت انتگرالی
- نیمهعمر و زمان مشخصه
- روش سرعتهای اولیه و ایزولاسیون
Key theories
- قوانین سرعت انتگرالی
- انتگرالگیری از قانون سرعت دیفرانسیلی برای یک مرتبه معین، روابط صریح غلظت-زمان، نمودارهای خطی که مرتبه را مشخص میکنند، و نیمهعمرهای مشخصه را به دست میدهد که برای واکنشهای مرتبه اول ثابت هستند اما در غیر این صورت وابسته به غلظت میباشند.
- تعیین مرتبه با ایزولاسیون و سرعتهای اولیه
- با نگه داشتن تمام واکنشدهندهها به جز یکی در مقدار زیاد، یا با اندازهگیری سرعتها در همان ابتدا قبل از تجمع محصولات، وابستگی به هر واکنشدهنده میتواند جدا شود و قانون سرعت کلی تدوین گردد.
Clinical relevance
قوانین سرعت، معادلات طراحی را برای راکتورهای شیمیایی تعیین میکنند، تجزیه و عمر مفید داروها و معرفها را پیشبینی میکنند، زمانبندی دوز و پاکسازی را در فارماکوکینتیک کنترل میکنند، و پایداری آلایندهها را در سیستمهای زیستمحیطی کمیسازی میکنند.
History
مطالعه ویلهلمی در سال 1850 بر روی وارونگی ساکارز اولین قانون سرعت کمی را ارائه داد؛ قانون کنش جرم گولدبرگ و واگه در دهه 1860 سرعتها را به غلظتها مرتبط کرد، و وانت هوف در مطالعات خود در سال 1884 در مورد دینامیک شیمیایی، مرتبه و مولکولاریته را سیستماتیک کرد.
Key figures
- Ludwig Wilhelmy
- Cato Maximilian Guldberg
- Peter Waage
Related topics
Seminal works
- atkins2018
- laidler1987
Frequently asked questions
- آیا یک واکنش میتواند مرتبه کسری یا حتی صفر داشته باشد؟
- بله. مراتب کسری اغلب از مکانیسمهای پیچیده چند مرحلهای ناشی میشوند، و مرتبه صفر زمانی رخ میدهد که سرعت توسط چیزی غیر از غلظت واکنشدهنده محدود شود، مانند سطح کاتالیزور اشباع شده، بنابراین سرعت ثابت میماند تا زمانی که یک واکنشدهنده تقریباً تمام شود.
- چرا نیمهعمر یک واکنش مرتبه اول مستقل از غلظت است؟
- برای سینتیک مرتبه اول، سرعت مستقیماً با غلظت متناسب است، بنابراین کاهش کسری در واحد زمان ثابت است؛ بنابراین زمان لازم برای رسیدن به نصف، صرف نظر از مقدار اولیه، یکسان است، به همین دلیل واپاشی رادیواکتیو نیمهعمر ثابتی دارد.