Kadar tindak balas

Kadar tindak balas atau kadar reaksi untuk bahan atau produk tertentu mempunyai tindak balas intuitif yang ditakrifkan sebagai ukuran kelajuan untuk bahan atau produk tertentu untuk bertindak balas. Kadar tindak balas ditakrifkan sebagai perubahan kuantiti bahan atau hasil terhadap masa. Jika kadar tindak balas melibatkan penghasilan gas, maka kadar tindak balas dapat ditakrifkan sebagai perubahan isi padu gas terhadap masa (dalam satu unit masa). Sekiranya tindak balas melibatkan pengurangan jisim bahan tindak balas, maka kadar tindak balas dapat ditakrifkan sebagai perubahan jisim bahan terhadap masa. Tindak balas yang berlaku dengan cepat akan mengambil masa lebih singkat untuk menjadi lengkap. Maka, kadar tindak balas adalah tinggi. Kadar tindak balas adalah berkadar songsang dengan masa tindak balas. Besi (Ferum) yang berkarat hasil pengoksidaan adalah suatu tindak balas pengoksidaan iaitu antara ion ferum (II) dengan air dan oksigen menjadi ion ferum (III). Tindak balas ini berlaku dengan perlahan-lahan dan akan menghasilkan tindak balas lengkap dalam masa yang lebih lama. Maka kadar tindak balasnya adalah rendah kerana kita hanya dapat melihat kesan daripada tindak balas (karat) iaitu beberapa hari selepas tindak balas. Atmosfera bumi juga merupakan tindak balas yang perlahan yang boleh mengambil bertahun-tahun, tapi pembakaran selulosa dalam sebuah kebakaran adalah tindak balas yang berlaku dalam pecahan yang kedua.

Kinetik kimia adalah sebahagian daripada kimia fizikal yang mengkaji kadar tindak balas. Konsep kinetik kimia yang digunakan mempunyai banyak cabang, seperti bidang teknik kimia, enzimologi dan alam sekitar.

Definisi Formal[sunting | sunting sumber]

Pertimbangkan tindak balas kimia biasa:

a A + b B → p P + q Q

Huruf kecil (a, b, p, dan q) mewakili pekali stoikiometri, sementara huruf besar mewakili tindak balas (A dan B) dan hasil produk (P dan Q).

Menurut definisi Gold Book IUPAC^[1], kadar tindak balas r untuk tindak balas kimia yang berlaku di dalam sistem tertutup di bawah keadaan "isokorik", tanpa membina tindak balas perantaraan, ditakrifkan sebagai:

r=-{\frac {1}{a}}{\frac {d[\mathrm {A} ]}{dt}}=-{\frac {1}{b}}{\frac {d[\mathrm {B} ]}{dt}}={\frac {1}{p}}{\frac {d[\mathrm {P} ]}{dt}}={\frac {1}{q}}{\frac {d[\mathrm {Q} ]}{dt}}

di mana [X] menandakan kepekatan bahan X. Kadar tindak balas biasanya mempunyai unit mol L^-1 s^-1.

Kadar tindak balas akan selalu positif. Tanda negatif hadir untuk menunjukkan bahawa bahan kepekatan menurun.) IUPAC^[1] mencadangkan bahawa unit masa perlu sentiasa menjadi yang kedua. Kadar tindak balas berbeza dari kadar peningkatan kepekatan produk P disebabkan faktor yang tetap (timbal balik stoikiometri nombor) dan untuk bahan oleh tolak timbal balik nombor stoikiometri. Nombor stoikiometri dimasukkan supaya kadar yang ditetapkan adalah bebas daripada bahan tindak balas atau spesies produk yang dipilih untuk pengukuran.^[2] Sebagai contoh jika = 1 dan b = 3 maka B diproses tiga kali lebih cepat daripada A, tetapi v = -d[A]/dt = -(1/3)d[B]/dt ditetapkan unik.

Definisi di atas hanya sah untuk satu tindak balas, dalam sistem tertutup dari jumlah yang tetap, jangkaan yang dinyatakan dalam definisi haruslah jelas. Jika air dimasukkan ke dalam bekas berisi air masin, kepekatan garam akan berkurang, walaupun tidak ada tindak balas kimia.

Bagi sistem terbuka, keseimbangan jisim yang penuh mesti diambil kira: "Masukan - keluaran + penjanaan - penggunaan = pengumpulan"

F_{\mathrm {A} 0}-F_{\mathrm {A} }+\int _{0}^{V}v\,dV={\frac {dN_{\mathrm {A} }}{dt}}

,

di mana F_A0 adalah kadar aliran masuk dalam molekul sesaat, F_Yang aliran yang keluar, dan v adalah kadar tindak balas segera (dalam beberapa kepekatan bukannya molar) berdasarkan jumlah diferensial yang diberikan, aliran bersepadu di seluruh sistem yang mempunyai jumlah V pada masa yang diberikan. Ketika digunakan untuk sistem tertutup pada jumlah yang tetap sebelum ini, persamaan akan menjadi:

r={\frac {d[A]}{dt}}

,

di mana kepekatan [A] adalah berkaitan dengan jumlah molekul N_A oleh [A] = N_A/N₀V. Di sini N₀ adalah Avogadro yang tetap.

Bagi satu tindak balas dalam sistem tertutup yang diubah jumlahnya yang dipanggil kadar penukaran boleh digunakan untuk mengelakkan pengendalian kepekatan. Ia ditakrifkan sebagai terbitan tahap tindak balas dengan waktu.

r={\frac {d\xi }{dt}}={\frac {1}{\nu _{i}}}{\frac {dn_{i}}{dt}}={\frac {1}{\nu _{i}}}{\frac {d(C_{i}V)}{dt}}={\frac {1}{\nu _{i}}}\left(V{\frac {dC_{i}}{dt}}+C_{i}{\frac {dV}{dt}}\right)

Di sini ν_i adalah stoikiometri sama untuk bahan i, sama dengan a, b, p, dan q dalam tindak balas yang seperti di atas. V juga adalah jumlah tindak balas dan C_i adalah kepekatan bahan i.