Tepkime Hızını Etkileyen Faktörler

Kutuda A ve B tanecikleri uçuşuyor; bir A ile bir B çarpışınca parlıyor. Tepkime ancak böyle çarpışmalarla olur. Birim zamandaki etkin çarpışma artarsa tepkime hızlanır.

Odun kütüğü şöminede saatlerce yanar. Oksijen molekülleri yalnızca dış yüzeye çarpabilir; renkli yüzler bu yüzeydir. Kenarı $2$ cm olan küpün yüzeyi $6 \cdot 2^2 = 24$ cm².

Aynı küpü sekize böl: kütle aynı, renkli yüzey $8 \cdot 6 \cdot 1^2 = 48$ cm². Daha çok yüzey, birim zamanda daha çok çarpışma demek; talaş bir anda parlar. Bu etki temas yüzeyidir ve yalnız heterojen tepkimelerde görülür.

Solda zıt yüklü $\text{Ag}^+$ ve $\text{Cl}^-$ karşılaşır karşılaşmaz $\text{AgCl}$ olup çöker: kopacak bağ yok. Sağda $\text{H}_2$ ile $\text{I}_2$ çoğu çarpışmada seker. Kopacak bağ arttıkça tepkime yavaşlar: bu, madde cinsinin etkisidir.

B taneciklerini iki katına çıkar: her A'nın çarpabileceği B iki katına, birim zamandaki çarpışma da iki katına çıkar. Sütun $n_\text{A} \cdot n_\text{B}$ ile orantılıdır.

Tek basamaklı tepkimede hız, girenlerin derişimleriyle orantılıdır; katsayılar üs olur. Üslerin toplamı tepkime derecesidir. Katıların ve saf sıvıların derişimi sabittir; hız ifadesine yazılmaz.

Her sütun o enerjideki tanecikleri gösterir; yığının tepesi kinetik enerji dağılım eğrisini çizer. Eşik duvarının ($E_a$) sağındaki renkli tanecikler etkin çarpışma yapabilir: 300 K'de 240 tanecikten yalnız 12'si.

450 K'de yığın sağa yayılıp basıklaşır; toplam tanecik sayısı aynı. Duvar yerinde, ama onu aşan tanecik 12'den 44'e çıkar. Sıcaklık, ekzotermik ya da endotermik, her tepkimeyi hızlandırır; hız sabiti $k$ büyür.

$2\text{X} + \text{Y} \to \text{Z}$ tek basamaklı mı bilinmiyorsa üsler deneyle bulunur. Kaplarda tanecik sayısı derişimle, sütun hızla orantılı. Deney 1 → 2'de yalnız $[\text{X}]$ 2 katına çıkıyor, hız da 2 katına.

Deney 2 → 3'te yalnız $[\text{Y}]$ 3 katına çıkıyor, hız $\dfrac{36}{4} = 9$ katına: $n = 2$. X'in katsayısı 2 ama derecesi 1; tepkime tek basamaklı değil. Deney 1'den $k = 2{,}0\ \text{L}^2\,\text{mol}^{-2}\,\text{s}^{-1}$.

Arkadaki yüksek tepe katalizörsüz, öndeki alçak geçit katalizörlü yol. Tanecik geçitten aynı vadiye iner: girenlerin ve ürünlerin düzeyi, yani $\Delta H$, değişmez. Katalizör ileri ve geri $E_a$'yı aynı miktarda düşürür ve harcanmaz.

Katalizör yığına dokunmaz, eşik duvarını sola çeker ($E_a \to E_a'$): 350 K'de duvarı aşan tanecik 21'den 89'a çıkar. Sıcaklık eğriyi, katalizör eşiği kaydırır. Derişim ve temas yüzeyi ikisini de değiştirmez.

Birçok tepkime basamak basamak yürür. 1. kapı bir taneciği 1,4 s'de, 2. kapı 0,35 s'de geçiriyor: kuyruk dar kapıda birikir, ürün her 1,4 s'de bir çıkar. 1. kapıdan geçen tanecik ara ürün olur. Hızı en yavaş basamak belirler.

Şimdi 2. kapı yavaş: kuyruk 2. kapının önünde birikir, çıkış yine her 1,4 s'de bir. Hız ifadesi yavaş basamağın girenlerinden yazılır; yalnız hızlı basamakta bulunan maddenin derişimi hızı değiştirmez.

Tanecik 1. tepeyi aşıp ara ürün çukuruna iner, sonra 2. tepeyi aşar. Her basamağın $E_a$'sı başladığı çukurdan ölçülür: $E_{a1} = 110 - 50 = 60$, $E_{a2} = 95 - 30 = 65$ kJ. En yüksek tepe birincide, ama yavaş olan ikinci basamak.

Temas yüzeyi, derişim ve madde cinsi çarpışmaları; sıcaklık eşiği aşan tanecik sayısını değiştirir. Katalizör $E_a$'yı düşürür, $\Delta H$'yi değiştirmez. Çok basamaklı tepkimede hızı $E_a$'sı en büyük basamak belirler.