در قسمت اول از سینتیک واکنش های متجانس با مفاهیم تقسیم بندی واکنش های شیمیایی و سرعت واکنش آشنا شدیم. در این مطلب میخواهیم شما را با واکنش های ابتدایی و غیر ابتدایی و واکنش های منفرد و چندگانه آشنا کنیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.
واکنش های ابتدایی و غیر ابتدایی
واکنش های ابتدایی واکنش هایی هستند که در آنها مولکول های واکنشگرها تنها در یک مرحله باد ترکیب شده و محصولات موردنظر به دست می آید. واکنش های غیر ابتدایی یا پیچیده واکنشهایی هستند که در آنها جهت تبدیل مواد اولیه به محصولات چندین مرحله طی می گردد.
مولکولاریته ، مولکولاریته که صرفا برای واکنشهای ابتدایی مورد استفاده قرار می گیرد به تعداد مولکولهایی اطلاق می شود که در مرحله تعیین سرعت واکنش نقش دارند.
مولکولاریته یک واکنش یک، بیشتر دو و به ندرت سه است و مقادیر بزرگتر از سه شناخته شده نیست.
واکنش کلی زیر را در نظر بگیرید:
\(aA + bB + … → rR + sS+… \)
معمولا می توان معادله سرعت واکنش فوق را به صورت زیر بیان نمود:
\(r_A=k{C_A}^α {C_B}^β \)
در حالت کلی بین ضرایب استوکیومتری a و b و … و ضرایب نمایی \(α\) و \(β\) و … رابطه ریاضی وجود ندارد. فقط در حالتی که واکنش ابتدایی باشد و ضرایب استوکیومتری واکنش ساده ترین اعداد صحيح باشند در این صورت ضرایب استوکیومتری با ضرایب نمایی برابر خواهند بود.
ضرایب نمایی \(α\) و \(β\) و … درجه واکنش نسبت به A و B و … نامیده می شوند یعنی واکنش فوق نسبت به A از درجه \(α\) و نسبت به B از درجه \(β\) است. درجه کلی واکنش برابر با مجموع ضرایب نمایی است. بنابراین برای واکنش های ابتدایی مولکولاریته و درجه واکنش برابر هستند. یعنی برای مثال اگر مولکولاریته واکنش ۳ باشد واکنش از درجه ۳ خواهد بود ولی توجه داشته باشید که عکس این موضوع صادق نیست چون ممکن است واکنش چند مرحله ای باشد.
نکات:
- درجه کلی یک واکنش الزاما یک عدد صحیح نیست. این موضوع در مورد درجه واکنش نسبت به هر یک از اجزاء هم صادق است.
- هرگاه واکنش نسبت به یکی از اجزا از درجه منفی باشد برای آن واکنش درجه کلی تعریف نمیکنیم.
- از برابری ضرایب استوکیومتری و ضرایب نمایی نمی توان نتیجه گرفت که واکنش تک مرحله ای است.
- هرگاه طرفین یک معادله واکنش شیمیایی را در عددی ضرب با تقسیم کنیم داریم:
الف) اگر واکنش ابتدایی باشد معادله سرعت تغییر میکند.
ب) اگر واکنش غیر ابتدایی باشد معادله سرعت تغییر نمی کند.
برای مثال اگر واکنش زیر یک واکنش ابتدایی باشد:
\(A + B → C + D , -r_A=k{C_A}^2 {C }_B \)
اگر طرفین معادله را در عدد 3 ضرب کنیم:
\(3A + 3B → 3C + 3D \)
باز هم معادله سرعت \(-r_A=k{C_A}^2 {C }_B \) خواهد بود.
ولی اگر واکنش فوق یک واکنش ابتدایی بود، برای واکنش اول داشتیم:
\( -r_A=k{C}_A {C }_B \)
ولی بعد اینکه طرفین واکنش در 3 ضرب شد، معادله فوق معادله سرعت واکنش نیست.
واکنش های منفرد و چندگانه
واکنش منفرد واکنشی است که تنها یک معادله استوکیومتری و یک معادله سرعت برای بیان پیشرفت آن کافی باشد.
واکنش چندگانه واکنشی است که برای توجیه تغییرات در آن به بیش از یک معادله استوکیومتری و برای محاسبه این تغییرات به بیش از یک معادله سرعت نیاز است.
واکنش های چندگانه را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:
الف) واکنشهای سری یا پشت سر هم:
\(A \to R \to S \)
که در این واکنشها یکی از محصولات به عنوان ماده اولیه برای تولید محصول دیگر به کار می رود.
ب) واکنشهای موازی: این واکنش ها به دو دسته رقابتی و جانبی تقسیم می شوند.
واکنش های موازی جانبی:
\(A \to R\)
\(B \to S\)
واکنش های موازی رقابتی:
\(\require{AMScd}
\begin{CD}
A @>K_1>> R
\end{CD} \)
\(\require{AMScd}
\begin{CD}
A @>K_2>> S
\end{CD} \)
ج) واکنش های پیچیده: در این واکنش ها چند مرحله سری و موازی داریم مانند:
\(A+B \to R\)
\(R+B \to S\)
که واکنش نسبت به جزء B موازی و نسبت به اجزای A و R و محصول S متوالی است.
