Geschwindigkeitsgesetze und Reaktionsordnung

Über dieses Experiment

Stellen Sie unabhängige Konzentrationen von A und B ein, messen Sie die Anfangsgeschwindigkeiten und ermitteln Sie die verborgenen Reaktionsordnungen anhand einer Versuchstabelle. Verfolgen Sie anschließend den Abbau von A bei konstanter B-Konzentration.

Lernziele

Unterscheiden Sie ein Geschwindigkeitsgesetz von stöchiometrischen Koeffizienten.
Entwerfen Sie unabhängige Konzentrationsvergleiche.
Bestimmen Sie beide Reaktionsordnungen anhand ausreichend vieler unabhängiger Messungen.

Anleitung

1Messen Sie die Anfangsgeschwindigkeit bei den Ausgangskonzentrationen von A und B.
2Ändern Sie zunächst nur A, dann nur B, oder führen Sie die drei kontrollierten Vergleichsversuche durch.
3Lesen Sie die angepassten Reaktionsordnungen ab und lassen Sie die verborgenen Einstellungen anzeigen, um sie zu überprüfen.
4Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf auf und vergleichen Sie das Verschwinden der Reaktanten mit der Bildung des Produkts.

Das Modell

r = k (A / c^{\circ})^{m} (B / c^{\circ})^{n}

Dimensionslose Konzentrationsverhältnisse sorgen dafür, dass die angezeigten Einheiten der Ratenskala konsistent bleiben.

ln r = ln k + m ln (A / c^{\circ}) + n ln (B / c^{\circ})

Die angepasste Ebene bestimmt die beiden Reaktionsordnungen, sofern die Versuchseinstellungen unabhängig sind.

A = A_{0} e^{- k (B / c^{\circ})^{n} t / c^{\circ}}

Dies ist die Spur für die Reaktion erster Ordnung bezüglich A; für die Reaktionen nullter und zweiter Ordnung gelten die jeweiligen integrierten Geschwindigkeitsgesetze.

Annahmen

Die empirische Reaktionsgeschwindigkeit ist k multipliziert mit dimensionslosen Konzentrationsverhältnissen, die mit ganzzahligen Reaktionsordnungen von null, eins oder zwei potenziert werden. Die Referenzkonzentration beträgt ein Mol pro Liter.
Die Ratenskala hat daher für jede gewählte Reaktionsordnung die Einheit Mol pro Liter und Sekunde. B wird während jeder Messung durch ein externes Pufferspeicherreservoir konstant gehalten.
Nur A wird verbraucht, und die Konzentration des allgemeinen Produkts steigt um denselben Betrag. Das Modell beschreibt keine geschlossene stöchiometrische Batchreaktion A plus B.
Bei den Versuchen zur Anfangsgeschwindigkeit wird kein Messrauschen hinzugefügt. Für die logarithmisch-lineare Anpassung müssen A und B unabhängig voneinander eingestellt werden; eine Änderung des zugrunde liegenden Gesetzes löscht die Tabelle.

Im Unterricht ausprobieren

Q1Warum lässt sich die Reaktionsordnung bezüglich B möglicherweise nicht bestimmen, wenn nur A verändert wird?
Q2Warum müssen Anfangsgeschwindigkeiten verglichen werden, bevor ein nennenswerter Verbrauch stattgefunden hat?

Häufig gestellte Fragen

Entsprechen die Reaktionsordnungen immer den stöchiometrischen Koeffizienten?

Nein. Sie sind empirische kinetische Parameter. In dieser Aktivität können die Reaktionsordnungen unabhängig voneinander gewählt werden.

Warum nimmt B im Zeitverlauf nicht ab?

Ein Reservoir hält B konstant. Die Aktivität isoliert den Effekt eines gepufferten Reaktanden, anstatt eine geschlossene Charge mit zwei Reaktanden zu modellieren.