Reaktsioonikiiruse võrrandid ja järk

Reaktsiooni kiiruse võrrand väljendab, kui kiiresti see kulgeb lähteainete kontsentratsioonide funktsioonina: reaktsiooni jaoks, mis hõlmab lähteaineid A ja B, on tüüpiline kiiruse võrrand kujul kiirus = k[A]^m[B]^n, kus k on kiiruskonstant (spetsiifiline sellele reaktsioonile antud temperatuuril) ning m ja n on reaktsiooni järgud vastavalt A ja B suhtes. Reaktsiooni üldjärk on summa m + n.

Kõige olulisem fakt kiiruse võrrandite kohta, ja kõige tavalisema õpilasvea allikas, on see, et astmenäitajad m ja n ei ole üldiselt võrdsed A ja B kordajatega tasakaalustatud keemilises võrrandis. See ei ole ebakõla, mida tuleks pähe õppida — see peegeldab midagi reaalset selle kohta, kuidas reaktsioonid tegelikult toimuvad. Tasakaalustatud võrrand kirjeldab ainult üldist stöhhiomeetrilist seost lähteainete ja saaduste vahel; see ei kanna infot molekulaartasandi sammude jada (mehhanism) kohta, mille kaudu reaktsioon tegelikult kulgeb. Enamik reaktsioone, mis näivad lihtsana, kui need on kirjutatud ühe tasakaalustatud võrrandina, toimuvad tegelikult mitme järjestikuse elementaarsammuna, ja vaadeldud kiiruse võrrand peegeldab ainult neist kõige aeglasemat — kiirust määravat sammu — kuna mitmeastmeline protsess ei saa kunagi olla kiirem kui tema kõige aeglasem lüli. Kui aeglane samm hõlmab ainult ühte A molekuli ja mitte ühtki B molekuli, näitab vaadeldud kiiruse võrrand esimest järku sõltuvust A-st ja nulljärku sõltuvust B-st, sõltumata B kordajast üldises tasakaalustatud võrrandis.

Järk igas osalises tuleb seega määrata eksperimentaalselt, tavaliselt algkiiruste meetodit kasutades: reaktsiooni käivitatakse mitu korda erinevate ühe lähteaine algkontsentratsioonidega, hoides teisi fikseerituna, mõõdetakse, kuidas algkiirus muutub, ja astmenäitaja järeldatakse sellest, kuidas kiirus kontsentratsiooniga skaleerub — [A] kahekordistamine samal ajal kui kiirus kahekordistub näitab esimest järku A suhtes, [A] kahekordistamine samal ajal kui kiirus neljakordistub näitab teist järku, ja kiiruse muutumatus, kui [A]-d varieeritakse, näitab nulljärku, mis tähendab, et A ei osale kiirust määravas sammus, isegi kui see üldiselt kulub. Kord kiiruse võrrand ja kiiruskonstant eksperimentaalselt teada, saab neid kasutada ennustamaks, kuidas reaktsiooni kiirus reageerib mistahes antud kontsentratsioonide kogumile, ning mehhanismi saab sageli järeldada või testida vaadeldud järgu vastu.