Cinetica sau ratele reacțiilor chimice reprezintă unul dintre subiectele cele mai complexe cu care se confruntă studenții de chimie din liceu și colegiu. Viteza unei reacții chimice descrie modul în care concentrațiile produselor și reactanților se schimbă în timp. Pe măsură ce reacția se desfășoară, rata tinde să scadă, deoarece șansa unei coliziuni între reactanți devine progresiv mai mică. Prin urmare, chimiștii tind să descrie reacțiile prin rata lor „inițială”, care se referă la rata de reacție în primele câteva secunde sau minute.
În general, chimiștii reprezintă reacții chimice sub formă
aA + bB ---> cD + dD,
unde A și B reprezintă reactanți, C și D reprezintă produse și a, b, c și d reprezintă coeficienții respectivi în ecuația chimică echilibrată. Ecuația ratei pentru această reacție este atunci
rata = (-1 ÷ a) d ÷ dt = (-1 ÷ b) d ÷ dt = (1 ÷ c) d ÷ dt = (1 ÷ d) d ÷ dt,
unde parantezele pătrate indică concentrația reactantului sau a produsului; a, b, c și d reprezintă coeficienții din ecuațiile chimice echilibrate; și t reprezintă timpul.
Scrieți o ecuație chimică echilibrată pentru reacția investigată. Ca exemplu, luăm în considerare reacția peroxidului de hidrogen, H2O2, care se descompun în apă, H2O și oxigen, O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
O reacție „echilibrată” conține același număr de fiecare tip de atom atât pe stânga, cât și pe partea dreaptă a săgeții. În acest caz, ambele părți conțin patru atomi de hidrogen și doi atomi de oxigen.
Construiți ecuația ratei pe baza ecuației date în Introducere. Continuarea exemplului de la pasul 1:
rata = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 1) d ÷ dt.
Înlocuiți datele despre concentrație și timp în ecuația de la pasul 2 pe baza informațiilor disponibile în problemă sau obținute în timpul unui experiment. De exemplu, pentru reacția descrisă mai sus, presupunem că au fost obținute următoarele date:
timp (i), (M) 0, 0,250 10, 0,226
Aceste date indică faptul că, după 10 secunde, concentrația de peroxid de hidrogen a scăzut de la 0,250 moli pe litru la 0,226 moli pe litru. Ecuația ratei devine apoi
rata = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = - (1 ÷ 2) (0,226 - 0,250) ÷ 10 = 0,0012 M / s.
Această valoare reprezintă rata inițială a reacției.