Równania kinetyczne opisują, jak szybkość reakcji chemicznej zależy od stężenia reagentów i innych warunków. Są one kluczowym narzędziem w badaniu dynamiki reakcji chemicznych i pozwalają na przewidywanie przebiegu reakcji w czasie.

Ogólna forma równania kinetycznego

Dla ogólnej reakcji chemicznej:
 aA + bB → cC + dD 

Równanie kinetyczne może mieć postać:
szybkość reakcji = -d[A]/dt = k [A]^m [B]^n

gdzie:
– szybkość reakcji to zmiana stężenia reagentu (np. (A) w czasie.
– k to stała szybkości reakcji.
– A i B to stężenia reagentów (A) i (B).
– (m) i (n) to rzędy reakcji względem reagentów (A) i (B).

 Rzędy reakcji

Rząd reakcji jest eksperymentalnie wyznaczonym wykładnikiem, który pokazuje, jak zmiana stężenia danego reagenta wpływa na szybkość reakcji. Całkowity rząd reakcji jest sumą wykładników dla wszystkich reagentów.

Przykłady równań kinetycznych:

1. Reakcja pierwszego rzędu:
– Reakcja: ( A→ produkty )
– Równanie kinetyczne: szybkość reakcji = k [A]
– Charakterystyka: Szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężenia (A).

2. Reakcja drugiego rzędu:
– Reakcja:  A + B → produkty
– Równanie kinetyczne: szybkość reakcji = k [A][B]

– Charakterystyka: Szybkość reakcji zależy od stężeń (A) i (B).

3. Reakcja pseudo-pierwszego rzędu:
– Reakcja: ( A + B → produkty ) (gdy stężenie (B) jest stałe
– Równanie kinetyczne: szybkość reakcji = k’ [A], gdzie k’ = k [B]
– Charakterystyka: Reakcja zachowuje się jak reakcja pierwszego rzędu względem (A).

4. Reakcja zerowego rzędu:
– Reakcja: A → produkty
– Równanie kinetyczne: szybkość reakcji = k
– Charakterystyka: Szybkość reakcji jest stała i niezależna od stężenia (A).

Wyznaczanie rzędu reakcji

Rząd reakcji można wyznaczyć eksperymentalnie, analizując, jak zmienia się szybkość reakcji w zależności od zmieniających się stężeń reagentów. Techniki te obejmują:

1. Metoda różnicowa: Obserwowanie natychmiastowej zmiany szybkości reakcji przy różnych stężeniach reagentów.
2. Metoda zintegrowana: Analiza stężenia reagentów w czasie i dopasowanie wyników do zintegrowanych form równań kinetycznych.

 Zintegrowane równania kinetyczne

Zintegrowane równania kinetyczne pozwalają na opisanie zmiany stężenia reagentów w czasie. Dla reakcji pierwszego rzędu, równanie zintegrowane ma postać:
A = A_0 e^-kt 

gdzie:
– A_0 to początkowe stężenie (A),
– k to stała szybkości,
– t to czas.

Dla reakcji drugiego rzędu:
1/[A] = 1/[A]_0 + kt 

Dla reakcji zerowego rzędu:
 [A] = [A]_0 – kt