Как измеряют скорость

8 заданий

Что измеряют

Концентрацию напрямую меряют редко. Обычно следят за тем, что удобно измерить:

объём газа — в разложении пероксида водорода выделяется кислород;
оптическую плотность — окрашенное вещество поглощает свет по закону Бугера — Ламберта — Бера \(A = \varepsilon lc\);
титрование проб — пробу быстро охлаждают или разбавляют («замораживают» реакцию) и титруют;
электропроводность — если в реакции меняется число или подвижность ионов.

Физические методы (свет, давление, проводимость) не вмешиваются в реакцию и дают непрерывную запись; отбор проб прост, но требует «закалки» реакции.

Выбор зависит и от шкалы времени. Реакции, идущие минуты и часы, изучают отбором проб; за секунды — смешивая растворы в быстром потоке и сразу измеряя поглощение (метод остановленной струи, миллисекунды). Ещё быстрее — релаксационные методы: равновесную смесь мгновенно выводят из равновесия — скачком температуры (разрядом или лазерным импульсом) или электрического поля — и смотрят, как она приходит к новому равновесию (урок 80). Так Манфред Эйген в 1950-х годах измерил скорость нейтрализации \(\ce{H+ + OH-}\) — одной из самых быстрых реакций в растворе, \(k \approx 1{,}4\cdot10^{11}\) л/(моль·с) (Нобелевская премия 1967 года).

infoИнтересный факт

Предел временного разрешения — фемтосекунды (\(10^{-15}\) с). Ахмед Зевейл в 1980-х годах лазерными импульсами такой длительности «снял кино» о разрыве химической связи в молекуле иодциана — атомы разлетаются за сотни фемтосекунд. Нобелевская премия 1999 года; область назвали фемтохимией.

Сигнал и степень превращения

Если измеряемая величина \(S\) линейно связана со степенью превращения — а это верно для оптической плотности, давления, проводимости разбавленных растворов, — то

\[\alpha = \frac{S - S_0}{S_\infty - S_0},\]

где \(S_0\) — начальное значение, \(S_\infty\) — после окончания реакции.

errorЭкспонента — для отклонения, а не для сигнала

Для первого порядка экспоненциально убывает количество реагента, то есть \(S_\infty - S\), а не сам \(S\):

\[\ln\frac{S_\infty - S_0}{S_\infty - S} = kt.\]

Типичная ошибка — строить \(\ln S\) от \(t\), как будто сигнал стремится к нулю. Если окрашен продукт, сигнал растёт к \(S_\infty\), и прямой в координатах \(\ln S\) не получится.

push_pinГлавное

Скорость измеряют по объёму газа, поглощению света (\(A = \varepsilon lc\)), титрованию отобранных проб, электропроводности. Если сигнал линеен по степени превращения, \(\alpha = (S - S_0)/(S_\infty - S_0)\). Для первого порядка экспоненциально убывает не сам сигнал, а \(S_\infty - S\): \(\ln\dfrac{S_\infty - S_0}{S_\infty - S} = kt\).

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.