Kimyasal Kinetik Hesap Makinesi

Denge bir tepkimenin ne kadar ilerleyebileceğini söyler; kinetik ise ne kadar hızlı oraya gerçekten vardığını söyler — termodinamik olarak izin verilen ama kinetik olarak takılı kalan bir tepkime (elmasın grafite dönüşmesi ya da demirin yüzyıllar boyunca paslanması gibi) bir kimya gerçeğidir. Kinetik derişimin ne kadar hızlı değiştiğini ölçer ve merkezi nesnesi hız yasasıdır: hız = k[A]ⁿ, burada n tepkime derecesi, k ise hız sabitidir. Örnekte k = 0,01 s⁻¹ ve [A] = 0,5 M olan birinci dereceden bir tepkime 5,000×10⁻³ M/s hızında çalışır.

Derece, hızın derişime ne kadar duyarlı olduğunu söyler. Sıfırıncı derece: hız = k, düz — tepkime başka bir nedenle kapasitesinde çalışıyor (doymuş bir katalizör yüzeyi, en yüksek kapasitedeki bir enzim, ışık kaynağı), bu yüzden [A] tükenene kadar düz bir çizgi boyunca düşer. Birinci derece: hız ∝ [A] — her molekül komşularından bağımsız olarak bozunur; radyoaktif bozunma ve çoğu termal ayrışma burada yaşar. İkinci derece: hız ∝ [A]² — iki molekülün çarpışması gerekir, bu yüzden seyreltme ikinci dereceden zarar verir. k'nın birimleri dereceyle değişir (sıfır için M·s⁻¹, birinci için s⁻¹, ikinci için M⁻¹·s⁻¹), bu yüzden panelin birim seçicisi derece açılır listesini izler. Dürüst deneysel test başlangıç hızları yöntemidir: her seferinde bir derişimi iki katına çıkarın ve hızın sabit kalmasını (sıfır), iki katına çıkmasını (birinci) veya dört katına çıkmasını (ikinci) izleyin.

Diferansiyel hız yasası eğimi tanımlar; integral hız yasası onu gerçek bir [A]-zamana karşı eğrisine entegre eder. Birinci derece saf bir üstel verir: örnek 1,0 M ve k = 0,01 s⁻¹ ile başlar ve t = 100 s'de e⁻¹ = 0,3679 M tutar (%36,79 kalır). Bu aynı zamanda derecenin ölçülmesi için klasik laboratuvar numarasıdır: ln[A]'ya karşı t, 1/[A]'ya karşı t veya [A]'ya karşı t çizin — hangisi düz bir çizgi çıkarırsa derecesini duyurur (sırasıyla birinci, ikinci veya sıfır).

Yalnızca birinci dereceden tepkimelerin derişimden bağımsız bir yarı ömrü, t½ = ln2/k vardır — örneğin k = 0,01 s⁻¹ değeri, geriye ne kadar madde kalırsa kalsın 69,31 s verir. Sıfırıncı derece: t½ = [A]₀/2k, kaynak azaldıkça küçülür. İkinci derece: t½ = 1/(k[A]₀), derişim düştükçe büyür — seyreltme ikinci dereceden tepkimelerin sonunu uzatır. Birinci derece yarı ömürlerin sabitliği tam olarak radyoaktif tarihlemenin neden çalıştığının nedenidir; bu hikâye Nükleer Kimya sayfasında devam eder.

Hız sabitleri sabit değildir — sıcaklığa teslim olurlar: k = A·e^−Ea/RT. Aktivasyon enerjisi Ea, moleküllerin tepkimeye girmeden önce tırmanmak zorunda olduğu tepedir; bunu aşan kesir e^−Ea/RT ile ölçeklenir, A (üssel olmayan ön faktör, kabaca doğru yönelimle çarpışmaların ne sıklıkla olduğu) tavanı belirler. Sayılar çarpıcıdır: 300 K'de Ea = 50 kJ/mol ile Ea/RT ≈ 20'dir, bu yüzden denemelerin yalnızca yaklaşık 10⁹'da 2'si başarılı olur — yine de örnek k ≈ 19,7 s⁻¹ verir çünkü A = 10¹⁰ s⁻¹ onu geri çarpar. Bu hassasiyet, 10 °C ısınmanın tipik bir tepkimenin hızını kabaca iki katına çıkardığına dair ünlü kuralın nedenidir ve yiyeceklerin neden buzdolabında saklandığını, sütün neden sıcak bir tezgâhta bozulduğunu açıklar.

• Derece denklemin katsayılarından gelir. Yalnızca temel tek basamaklı tepkimeler için. Bileşik herhangi bir şey için [A]'yı iki katına çıkarıp hıza bakmak tek dürüst testtir.
• Bir katalizör dengeyi kaydırır. Ea'yı düşürür, ileri ve geriyi eşit hızlandırır — denge daha erken gelir, tam aynı yere (bkz. Kimyasal Denge).
• Daha büyük k daha fazla ürün demektir. k hızla, K ise ilerleme miktarıyla ilgilidir. Hızlı bir tepkime tamamlanmaktan çok uzakta bitebilir ve yavaş bir tepkime güçlü biçimde ürün tercih edebilir.
• Birinci derece yarı ömür elinizdeki miktara bağlı değildir. Bu, yarı ömrün bağlı olmadığı tek derecedir — örnekte 1 M ile de 0,001 M ile de başlasanız 69,31 s.

İlgili araçlar: Kimyasal Denge (tepkimelerin ne kadar ilerlediği), Nükleer Kimya (nükleer ölçekte birinci derece bozunma) ve Denklem Denkleştirici (hızların ölçüldüğü tarifler).