วิธีการคำนวณอัตราเริ่มต้นของปฏิกิริยา

จลนพลศาสตร์หรืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ซับซ้อนที่สุดที่นักเรียนเคมีและมัธยมปลายต้องเผชิญ อัตราของปฏิกิริยาเคมีอธิบายว่าความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงตามเวลาอย่างไร เมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นอัตรามีแนวโน้มลดลงเนื่องจากโอกาสของการชนกันระหว่างสารตั้งต้นจะลดลงอย่างต่อเนื่อง นักเคมีมักจะอธิบายปฏิกิริยาตามอัตรา“ เริ่มต้น” ซึ่งหมายถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาในช่วงสองสามวินาทีแรกหรือนาที

โดยทั่วไปนักเคมีแสดงปฏิกิริยาทางเคมีในรูปแบบ

aA + bB ---> cD + dD

โดยที่ A และ B เป็นตัวแทนของสารตั้งต้น C และ D เป็นตัวแทนของผลิตภัณฑ์และ a, b, c และ d แสดงถึงค่าสัมประสิทธิ์ตามลำดับในสมการทางเคมีที่สมดุล สมการอัตราสำหรับปฏิกิริยานี้ก็คือ

อัตรา = (-1 ÷ a) d ÷ dt = (-1 ÷ b) d ÷ dt = (1 ÷ c) d ÷ dt = (1 ÷ d) d ÷ dt,

เมื่อเครื่องหมายวงเล็บแสดงความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ a, b, c และ d แทนค่าสัมประสิทธิ์จากสมการทางเคมีที่สมดุล และ t หมายถึงเวลา

เขียนสมการทางเคมีที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยาภายใต้การตรวจสอบ ยกตัวอย่างเช่นพิจารณาปฏิกิริยาของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, H2O2, การสลายตัวของน้ำ, H2O, และออกซิเจน, O2:

H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2

ปฏิกิริยา“ สมดุล” ประกอบด้วยจำนวนอะตอมแต่ละประเภทเท่ากันทั้งด้านซ้ายและด้านขวาของลูกศร ในกรณีนี้ทั้งสองฝ่ายมีไฮโดรเจนสี่อะตอมและออกซิเจนสองอะตอม

สร้างสมการอัตราขึ้นอยู่กับสมการที่ให้ไว้ในบทนำ ดำเนินการตัวอย่างต่อจากขั้นตอน 1:

อัตรา = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 1) d ÷ dt

แทนที่ข้อมูลความเข้มข้นและเวลาลงในสมการจากขั้นตอนที่ 2 ตามข้อมูลที่มีอยู่ในปัญหาหรือได้รับระหว่างการทดสอบ ตัวอย่างเช่นสำหรับปฏิกิริยาที่อธิบายข้างต้นสมมติว่าได้รับข้อมูลต่อไปนี้:

เวลา (M) 0, 0.250 10, 0.226

ข้อมูลนี้บ่งชี้ว่าหลังจาก 10 วินาทีความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลดลงจาก 0.250 โมลต่อลิตรเป็น 0.226 โมลต่อลิตร จากนั้นสมการอัตราจะกลายเป็น

อัตรา = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = - (1 ÷ 2) (0.226 - 0.250) ÷ 10 = 0.0012 M / s

ค่านี้แสดงถึงอัตราเริ่มต้นของปฏิกิริยา