Rząd reakcji chemicznej

Rząd reakcji (rzędowość reakcji) – suma wykładników potęg w równaniu kinetycznym reakcji chemicznej w postaci jednomianu potęgowego[1].

Tak zdefiniowany rząd reakcji bywa określany jako zewnętrzny rząd reakcji dla odróżnienia od rzędu względnego, określanego dla jednego substratu i będącego wartością pojedynczego wykładnika, występującego w równaniu kinetycznym dla stężenia danego substratu. Rozróżnia się rząd względny:

  • zewnętrzny – występujący w ostatecznym równaniu kinetycznym
  • wewnętrzny – występujący w równaniu jednej z reakcji elementarnych, z których w rzeczywistości składa się analizowana reakcja.

Dla równania kinetycznego[2]:

r = k[A]n[B]m[C]p[D]q...

gdzie: k – stała szybkości reakcji

[A], [B], [C], [D] ... – stężenia molowe

rząd reakcji wynosi: n + m + p + q + ...

Natomiast rząd reakcji względem składnika A wynosi n, względem składnika B wynosi m itd.[2] Jeżeli wartość współczynników stechiometrycznych w równaniu reakcji chemicznej pokrywa się z wykładnikami potęg w równaniu kinetycznym (w postaci jednomianu potęgowego), to reakcję tę opisuje kinetyka elementarna[1].

Rząd reakcji, podobnie jak równanie kinetyczne, jest wartością empiryczną i obowiązuje tylko dla konkretnych warunków, w których został ustalony. Może być liczbą całkowitą, dodatnią lub ujemną (często 1 lub 2, maksymalnie 3), liczbą ułamkową lub mieć wartość 0. Dla niektórych reakcji nie da się ułożyć równania kinetycznego w formie jednomianu (np. H2 + Br2 → 2HBr); w takich przypadkach nie można też określić rzędu reakcji[2].

Przykłady
r = k[A]0 = k – reakcja zerowego rzędu
r = k[A]1 = k[A] – reakcja pierwszego rzędu
r = k[A]2 – reakcja drugiego rzędu
r = k[A][B] – reakcja drugiego rzędu; pierwszego względem składnika A i pierwszego względem składnika B
r = k[A]1,5 – reakcja rzędu ułamkowego (postać równania kinetycznego sugeruje złożony mechanizm).

Rząd reakcji wyznacza się poprzez dopasowanie danych kinetycznych do równań kinetycznych[3]. Zazwyczaj wymaga to wykreślenia zależności stężenia wszystkich substratów od czasu reakcji, a następnie dobrania do tak otrzymanych krzywych odpowiednich równań, zwykłymi metodami statystycznymi. Ustalenie rzędów wewnętrznych jest znacznie trudniejsze i wymaga stosowania wielu złożonych technik (np: znakowania izotopami), ale jest często konieczne do pełnego zbadania mechanizmu danej reakcji.

Przypisy

  1. ↑ a b J. Szarawara, J. Skrzypek: Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych, rozdział IV.3.b. Warszawa: WNT, 1980.
  2. ↑ a b c Zdzisław Pigoń, Ruziewicz: Chemia fizyczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1980, s. 356-357. ISBN 83-01-01586-1.Sprawdź autora:2.
  3. ↑ Gordon M. Barrow: Chemia fizyczna. Wyd. 3. Warszawa: PWN, 1978, s. 390-393.