Wat is het effect van concentratie op reactiesnelheid?

De reactiesnelheid is de snelheid waarmee beginstoffen worden omgezet in reactieproducten. Deze snelheid is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de concentraties van de beginstoffen.

Voor een algemene reactie: $aA + bB \rightarrow cC + dD$

De reactiesnelheid ($S$) kan worden uitgedrukt als: $S = k \cdot [A]^x \cdot [B]^y$

Hierin is:

• $S$ de reactiesnelheid.
• $k$ de reactiesnelheidsconstante, een waarde die aangeeft hoe snel een reactie bij een bepaalde temperatuur verloopt, onafhankelijk van de concentraties.
• $[A]$ en $[B]$ de concentraties van de beginstoffen A en B.
• $x$ en $y$ de reactieordes voor respectievelijk stof A en stof B. Dit zijn experimenteel bepaalde exponenten die aangeven hoe sterk de reactiesnelheid afhangt van de concentratie van die specifieke stof. Ze zijn niet noodzakelijk gelijk aan de stoichiometrische coëfficiënten ($a$ en $b$) in de reactievergelijking.

Voorbeeld: Neem de reactie waarbij stikstofdioxide ($NO_2$) wordt gevormd uit stikstofmonoxide ($NO$) en zuurstof ($O_2$): $2 NO + O_2 \rightarrow 2 NO_2$

De reactiesnelheid ($S$) voor deze specifieke reactie is experimenteel bepaald als: $S = k \cdot [NO]^2 \cdot [O_2]^1$

Dit betekent dat:

• De reactieorde voor $NO$ is 2. Als de concentratie van $NO$ verdubbelt, terwijl de concentratie van $O_2$ constant blijft, wordt de reactiesnelheid $2^2 = 4$ keer zo groot.
• De reactieorde voor $O_2$ is 1. Als de concentratie van $O_2$ verdubbelt, terwijl de concentratie van $NO$ constant blijft, wordt de reactiesnelheid $2^1 = 2$ keer zo groot.

Scenario-voorbeeld: Stel, je voert een experiment uit naar de vorming van stikstofdioxide uit stikstofmonoxide en zuurstof. Tussen meting 1.1 en meting 1.3 wordt de concentratie van stikstofmonoxide ($NO$) verdubbeld, terwijl de concentratie zuurstof ($O_2$) constant wordt gehouden.

Volgens de snelheidsvergelijking $S = k \cdot [NO]^2 \cdot [O_2]^1$: Als $[NO]$ verdubbelt (bijvoorbeeld van $X$ naar $2X$) en $[O_2]$ constant blijft, dan wordt de nieuwe snelheid: $S_{nieuw} = k \cdot (2X)^2 \cdot [O_2]^1 = k \cdot 4X^2 \cdot [O_2]^1 = 4 \cdot (k \cdot X^2 \cdot [O_2]^1) = 4 \cdot S_{oud}$

De reactiesnelheid zal dus 4 keer zo groot worden. Dit komt doordat de reactieorde voor $NO$ gelijk is aan 2, wat betekent dat de snelheid kwadratisch afhankelijk is van de concentratie van $NO$.