Symulacja interaktywna

Symulacja 1

Przeanalizuj poniższą symulację i odpowiedz na pytanie, w jaki sposób wzrost stężenia substratów wpływa na szybkość danej reakcji chemicznej oraz w jaki sposób zmienia się szybkość danej reakcji w czasie jej trwania. Następnie wykonaj ćwiczenia zamieszczone pod symulacją.

Przeanalizuj opis symulacji dotyczącej wpływu stężenia substratu na szybkość reakcji chemicznej. Zastanów się, w jaki sposób wzrost stężenia substratów wpływa na szybkość danej reakcji chemicznej oraz w jaki sposób zmienia się szybkość danej reakcji w czasie jej trwania. Następnie odpowiedz na pytania poniżej.

RvYo0Qw1wVwTM

W symulacji przedstawiono wykresy stężenia wyrażonego w molach na decymetr sześcienny od czasu w sekundach. Na jej podstawie należy określić, czy reakcja zachodzi najszybciej przy niskim stężeniu substratów, czy reakcja chemiczna zachodzi niezależnie od stężenia substratów oraz czy produkty reakcji chemicznej powstają szybciej przy większym stężeniu substratów. Śledzono przebieg reakcji za pomocą wykresu zależności stężenia reagentów biorących udział w reakcji od czasu wyrażonego w sekundach dla różnych stężeń. Przy stężeniu substratu B 1 mol na decymetr sześcienny oraz stężeniu substratu A równego 1 mol na decymetr sześcienny. Krzywe reprezentujące stężenia substratów A i B pokrywają się i maleją tak, że odpowiadają kształtem malejącej funkcji logarytmicznej mającej początek w punkcie (0; 1) i malejącej łagodnie i osiągającej wartość zero. Krzywa odpowiadająca stężeniu produktu C ma początek w punkcie (0; 0) i rośnie, osiągając maksymalną wartość 1, kształtem przypomina wykres funkcji logarytmicznej. Przy stężeniu substratu B wynoszącym 2 mole na decymetr sześcienny oraz stężeniu substratu A równego 1 mol na decymetr sześcienny. Krzywa odpowiadająca stężeniu substratu B ma postać wykresu funkcji logarytmicznej malejącej, która ma początek w punkcie (0; 2) i maleje łagodnie, osiągając wartość 1 pod koniec reakcji. Krzywa reprezentująca stężenie substratu A maleje tak, że odpowiadają kształtem malejącej funkcji logarytmicznej mającej początek w punkcie (0; 1), wypłaszczającej się łagodnie i osiągającej wartość zero. Krzywa odpowiadająca stężeniu produktu C ma początek w punkcie (0; 0) i rośnie, osiągając maksymalną wartość 1, kształtem przypomina wykres funkcji logarytmicznej. Przy stężeniu substratu B wynoszącym 3 mole na decymetr sześcienny oraz stężeniu substratu A równego 1 mol na decymetr sześcienny. Krzywa odpowiadająca stężeniu substratu B ma postać wykresu funkcji logarytmicznej malejącej, która ma początek w punkcie (0; 3) i maleje łagodnie, osiągając wartość 2 pod koniec reakcji. Krzywa reprezentująca stężenie substratu A maleje tak, że odpowiadają kształtem malejącej funkcji logarytmicznej mającej początek w punkcie (0; 1), wypłaszczającej się łagodnie i osiągającej wartość zero. Krzywa odpowiadająca stężeniu produktu C ma początek w punkcie (0; 0) i rośnie, osiągając maksymalną wartość 1, kształtem przypomina wykres funkcji logarytmicznej. Przy stężeniu substratu B wynoszącym 4 mole na decymetr sześcienny oraz stężeniu substratu A równego 1 mol na decymetr sześcienny. Krzywa odpowiadająca stężeniu substratu B ma postać wykresu funkcji logarytmicznej malejącej, która ma początek w punkcie (0; 4) i maleje łagodnie, osiągając wartość 3 pod koniec reakcji. Krzywa reprezentująca stężenie substratu A maleje tak, że odpowiadają kształtem malejącej funkcji logarytmicznej mającej początek w punkcie (0; 1), wypłaszczającej się łagodnie i osiągającej wartość zero. Krzywa odpowiadająca stężeniu produktu C ma początek w punkcie (0; 0) i rośnie, osiągając maksymalną wartość 1, kształtem przypomina wykres funkcji logarytmicznej. Przy stężeniu substratu B wynoszącym 5 mole na decymetr sześcienny oraz stężeniu substratu A równego 1 mol na decymetr sześcienny. Krzywa odpowiadająca stężeniu substratu B ma postać wykresu funkcji logarytmicznej malejącej, która ma początek w punkcie (0; 5) i maleje łagodnie, osiągając wartość 4 pod koniec reakcji. Krzywa reprezentująca stężenie substratu A maleje tak, że odpowiadają kształtem malejącej funkcji logarytmicznej mającej początek w punkcie (0; 1), wypłaszczającej się łagodnie i osiągającej wartość zero. Krzywa odpowiadająca stężeniu produktu C ma początek w punkcie (0; 0) i rośnie, osiągając maksymalną wartość 1, kształtem przypomina wykres funkcji logarytmicznej.

Symulacja interaktywna pt. „Analiza wpływu stężenia substratu na szybkość reakcji”

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 1

Wykorzystując dane zamieszczone w symulacji oblicz stałą szybkości każdej z rozpatrywanych reakcji. Wynik podaj z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku. W każdym przypadku ustal jednostkę wspomnianej stałej.

R15Yxu7nsI82j

RLUzjlv1qHagB

Ponieważ stała szybkości reakcji nie zależy od stężenia, dla każdego z wykonanych pomiarów (dla określonej reakcji) jest ona taka sama - stałą można zatem wyznaczyć, podstawiając do równania kinetycznego dane z dowolnego pomiaru.

Wyznaczanie wartości k dla rozpatrywanej reakcji 0‑rzędu:

Równanie kinetyczne ma postać: $v = k$

Szybkość reakcji w 1. sekundzie pomiaru (dla ${[A]}_{0} = 1 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ ): $v = 0,03 \frac{mol}{{dm}^{3} · s}$

Zatem: $k = 0,03 \frac{mol}{{dm}^{3} · s}$

Wyznaczanie wartości k dla rozpatrywanej reakcji I‑rzędu:

Równanie kinetyczne ma postać: $v = k · [A]$ , stąd $k = \frac{v}{[A]}$

Szybkość reakcji w 1. sekundzie pomiaru (dla ${[A]}_{0} = 1 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ ): $v = 0,0196 \frac{mol}{{dm}^{3} · s}$

Stężenie substratu A w 1. sekundzie pomiaru (dla ${[A]}_{0} = 1 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ ): $[A] = 0,98 \frac{mol}{{dm}^{3}}$

Zatem: $k = \frac{0,0196 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}}{0,98 \frac{mol}{{dm}^{3}}} = 0,02 s^{- 1}$

Wyznaczanie wartości k dla rozpatrywanej reakcji II‑rzędu:

Równanie kinetyczne ma postać: $v = k \cdot {[A]}^{2}$

Szybkość reakcji w 1. sekundzie pomiaru (dla ${[A]}_{0} = 1 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ ): $v = 0,0098 \frac{mol}{{dm}^{3} · s}$

Stężenie substratu A w 1. sekundzie pomiaru (dla ${[A]}_{0} = 1 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ ): $[A] = 0,99 \frac{mol}{{dm}^{3}}$

Zatem: $k = \frac{0,0098 \frac{mol}{{dm}^{3} \cdot s}}{{(0,98 \frac{mol}{{dm}^{3}})}^{2}} ≃ 0,01 \frac{{dm}^{3}}{mol \cdot s}$

Ćwiczenie 2

Dla każdej z rozpatrywanych reakcji narysuj wykres zależności szybkości reakcji od stężenia substratu A (możesz skorzystać z dostępnego programu komputerowego). Następnie określ, w jaki sposób dwukrotny wzrost stężenia substratu A wpłynie na szybkość każdej z analizowanych reakcji.

R1HEK13WD2Bf7

R1cRoPcWnQiaM

Możesz narysować wykres zależności szybkości reakcji od stężenia substratu A w czasie trwania reakcji lub od odpowiednich zmian stężenia substratu A (np. dla stężeń równych $1 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ , $2 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ , $3 \frac{mol}{{dm}^{3}}$ , itd.). Pamiętaj jednak o tym, aby liczba punktów pomiarowych była wystarczająco duża.

Jeśli przyjmiesz stężenie substratu A inne niż te wykorzystane w symulacji, to szybkość reakcji dla tego stężenia możesz obliczyć z równania kinetycznego (znając wartość stałej szybkości reakcji).

Czy narysowane przez Ciebie wykresy mają podobny przebieg do tych zamieszczonych poniżej?

Wykres $v ([A])$ dla rozpatrywanej reakcji 0‑rzędu:

R6PK4HwUnjIkh

Ilustracja — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Dwukrotny wzrost stężenia substratu A nie spowoduje zmiany szybkości rozpatrywanej reakcji.

Wykres $v ([A])$ dla rozpatrywanej reakcji I‑rzędu:

R3rAE1khK1DFR

Dwukrotny wzrost stężenia substratu A spowoduje czterokrotny wzrost szybkości rozpatrywanej reakcji.

Wykres $v ([A])$ dla rozpatrywanej reakcji II‑rzędu:

RUbhKrlHsp1SX

Dwukrotny wzrost stężenia substratu A spowoduje czterokrotny wzrost szybkości rozpatrywanej reakcji.

R1LoJehIhPzNC

Ćwiczenie 3

Przeczytaj

Sprawdź się