Παραδείγματα Απαντήσεις Υπολογίστε K1 και K2 σε παράλληλες αντιδράσεις;

Υπολογισμός K1 και K2 σε παράλληλες αντιδράσεις:

Ας εξετάσουμε μια παράλληλη αντίδραση όπου ένα αντιδραστήριο Α υφίσταται δύο ταυτόχρονες αντιδράσεις για να σχηματίσουν προϊόντα Β και C:

`` `

A → B (σταθερά ποσοστού K1)

A → C (σταθερά ποσοστού K2)

`` `

Δείτε πώς μπορείτε να καθορίσετε τις σταθερές ρυθμού K1 και K2:

1. Πειραματικά δεδομένα:

Πρέπει να συλλέξετε πειραματικά δεδομένα σχετικά με τις συγκεντρώσεις των Α, Β και C ως συνάρτηση του χρόνου. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές όπως:

* φασματοφωτομετρία: Μετρήστε την απορρόφηση του διαλύματος σε μήκη κύματος ειδικά για τα Α, Β και Γ.

* χρωματογραφία: Ξεχωρίστε και ποσοτικοποιήστε τα συστατικά του μίγματος αντίδρασης.

* τιτλοδότηση: Προσδιορίστε τη συγκέντρωση ενός αντιδραστηρίου ή ενός προϊόντος χρησιμοποιώντας μια κατάλληλη μέθοδο τιτλοδότησης.

2. Ολοκληρωμένοι νόμοι επιτοκίων:

Για κάθε παράλληλη αντίδραση, ο ολοκληρωμένος νόμος του επιτοκίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκφράσει τη συγκέντρωση του προϊόντος ως συνάρτηση του χρόνου:

* Για την αντίδραση a → b:

* [b] =[a] ₀ (1 - exp (-k1* t))

* για την αντίδραση a → c:

* [c] =[a] ₀ (1 - exp (-k2* t))

Οπου:

* [b] και [c] είναι οι συγκεντρώσεις των προϊόντων Β και C στο χρόνο t.

* [a] ₀ είναι η αρχική συγκέντρωση του αντιδραστηρίου Α.

* k1 και k2 είναι οι σταθερές ρυθμού για τις αντίστοιχες αντιδράσεις.

* t είναι η ώρα.

3. Ανάλυση δεδομένων:

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα συλλεχθέντα πειραματικά δεδομένα για να καθορίσετε τις τιμές των K1 και K2. Ακολουθούν μερικές μέθοδοι:

* Γραφική μέθοδος: Σχεδιάστε τα δεδομένα για [b] και [c] ως συνάρτηση του χρόνου. Αναλύστε τις αρχικές πλαγιές αυτών των οικόπεδων. Η κλίση του αρχικού τμήματος του οικόπεδο [b] έναντι του χρόνου είναι ίση με το K1 [a] ₀, και η κλίση του αρχικού τμήματος του οικόπεδο [c] έναντι του χρόνου είναι ίση με k2 [a] ₀.

* Καταπολέμηση των τετραγώνων: Χρησιμοποιήστε ένα πρόγραμμα λογισμικού όπως το Excel, το MATLAB ή το R για να ταιριάζει στις εξισώσεις του ενσωματωμένου νόμου για τα πειραματικά δεδομένα. Το λογισμικό θα καθορίσει τις καλύτερες τιμές των K1 και K2 που ελαχιστοποιούν τη διαφορά μεταξύ του μοντέλου και των πειραματικών δεδομένων.

* Μέθοδος αρχικής ταχύτητας: Μετρήστε τους αρχικούς ρυθμούς σχηματισμού των Β και C (D [B]/DT και D [C]/DT) σε διαφορετικές αρχικές συγκεντρώσεις του Α. Οι αρχικοί ρυθμοί είναι άμεσα ανάλογες με τις σταθερές ρυθμού (K1 και K2) και η αρχική συγκέντρωση του Α. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν οι αντιδράσεις είναι γρήγορες και δύσκολο να ακολουθήσουν με την πάροδο του χρόνου.

Παράδειγμα:

Ας πούμε ότι έχετε τα ακόλουθα δεδομένα:

| Ώρα (ες) | [A] (m) | [B] (m) | [C] (m) |

| --- | --- | --- | --- |

| 0 | 1.00 | 0.00 | 0.00 |

| 10 | 0.75 | 0.20 | 0,05 |

| 20 | 0.56 | 0,35 | 0,10 |

| 30 | 0.42 | 0.45 | 0,13 |

Μπορείτε να σχεδιάσετε αυτά τα δεδομένα και να αναλύσετε τις αρχικές πλαγιές για να καθορίσετε K1 και K2. Εναλλακτικά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πρόγραμμα λογισμικού για να προσαρμόσετε τους ενσωματωμένους νόμους των επιτοκίων στα δεδομένα και να αποκτήσετε τις τιμές των K1 και K2.

Σημαντικές εκτιμήσεις:

* Η ακρίβεια των καθορισμένων τιμών K1 και K2 εξαρτάται από την ποιότητα των πειραματικών δεδομένων και την κατάλληλη επιλογή της μεθόδου ανάλυσης.

* Η μέθοδος αρχικής ταχύτητας είναι ακριβής μόνο για τα αρχικά στάδια της αντίδρασης, πριν από τη σημαντική εξάντληση του αντιδραστηρίου.

* Οι μέθοδοι που περιγράφονται παραπάνω υποθέτουν ότι οι παράλληλες αντιδράσεις είναι στοιχειώδη βήματα. Εάν οι αντιδράσεις περιλαμβάνουν πολλαπλά στάδια, οι σταθερές ρυθμού μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν άμεσα τους συνολικούς ρυθμούς αντίδρασης.

Με προσεκτικά σχεδιασμό και ανάλυση του πειράματός σας, μπορείτε να καθορίσετε τις σταθερές ρυθμών K1 και K2 για παράλληλες αντιδράσεις και να αποκτήσετε πολύτιμες γνώσεις στον μηχανισμό αντίδρασης.