Die Kinetik oder die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ist eines der komplexesten Themen, mit denen Schüler und Studenten der Chemie konfrontiert sind. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beschreibt, wie sich die Konzentrationen von Produkten und Reaktanten mit der Zeit ändern. Mit fortschreitender Reaktion nimmt die Geschwindigkeit tendenziell ab, da die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen den Reaktanten zunehmend geringer wird. Chemiker beschreiben Reaktionen daher in der Regel mit ihrer „Anfangsgeschwindigkeit“, die sich auf die Reaktionsgeschwindigkeit während der ersten Sekunden oder Minuten bezieht.
Im Allgemeinen repräsentieren Chemiker chemische Reaktionen in Form
aA + bB ---> cD + dD,
wobei A und B Reaktanten darstellen, C und D Produkte darstellen und a, b, c und d ihre jeweiligen Koeffizienten in der ausgeglichenen chemischen Gleichung darstellen. Die Geschwindigkeitsgleichung für diese Reaktion lautet dann
rate = (-1 ≤ a) d ≤ dt = (-1 ≤ b) d ≤ dt = (1 ≤ c) d ≤ dt = (1 ≤ d) d ≤ dt,
wobei eckige Klammern die Konzentration des Reaktanten oder Produkts bezeichnen; a, b, c und d die Koeffizienten aus den ausgeglichenen chemischen Gleichungen darstellen; und t repräsentiert die Zeit.
Schreiben Sie eine ausgewogene chemische Gleichung für die zu untersuchende Reaktion. Betrachten Sie als Beispiel die Reaktion von Wasserstoffperoxid, H2O2, zu Wasser, H2O und Sauerstoff, O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
Eine "ausgeglichene" Reaktion enthält die gleiche Anzahl von Atomen jedes Typs sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Pfeils. In diesem Fall enthalten beide Seiten vier Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome.
Konstruieren Sie die Ratengleichung anhand der in der Einleitung angegebenen Gleichung. Fortsetzung des Beispiels von Schritt 1:
rate = - (1 ≤ 2) d ≤ dt = (1 ≤ 2) d ≤ dt = (1 ≤ 1) d ≤ dt.
Setzen Sie die Konzentrations- und Zeitdaten in die Gleichung aus Schritt 2 ein, basierend auf den Informationen, die im Problem verfügbar sind oder während eines Experiments erhalten wurden. Beispielsweise wird für die oben beschriebene Reaktion angenommen, dass die folgenden Daten erhalten wurden:
Zeit (en), (M) 0, 0,250 10, 0,226
Diese Daten zeigen, dass nach 10 Sekunden die Konzentration von Wasserstoffperoxid von 0,250 Mol pro Liter auf 0,226 Mol pro Liter abnahm. Die Ratengleichung wird dann
Rate = - (1 ≤ 2) d ≤ dt = - (1 ≤ 2) (0,226 - 0,250) ≤ 10 = 0,0012 M / s.
Dieser Wert repräsentiert die Anfangsgeschwindigkeit der Reaktion.