Den övergripande reaktionsordningen ger en indikation på hur en förändring av koncentrationen av reaktanterna kommer att förändra reaktionshastigheten. För högre reaktionsordningar resulterar förändring av koncentrationen av reaktanterna i stora förändringar i reaktionshastigheten. För lägre reaktionsordningar är reaktionshastigheten mindre känslig för förändringar av koncentrationen.
Reaktionsordningen hittas experimentellt genom att ändra koncentrationen av reaktanter och observera förändringen i reaktionshastigheten. Till exempel, om en fördubbling av koncentrationen av en reaktant fördubblar reaktionshastigheten, är reaktionen en första ordningens reaktion för den reaktanten. Om hastigheten ökar med en faktor fyra, eller dubbleringen av koncentrationen i kvadrat, är reaktionen andra ordningens. För flera reaktanter som deltar i en reaktion är den övergripande reaktionsordningen summan av de individuella reaktionsordningarna.
Den övergripande reaktionsordningen är summan av de individuella reaktionsordningarna av alla de reaktanter som deltar i en kemisk reaktion. Reaktionsordningen för en reaktant anger hur mycket reaktionshastigheten ändras om koncentrationen av reaktanten ändras.
Till exempel, för första ordningens reaktioner ändras reaktionshastigheten direkt med förändring i koncentrationen av motsvarande reaktant. För andra ordningens reaktioner ändras reaktionshastigheten som kvadraten på förändringen i koncentrationen. Den övergripande reaktionsordningen är summan av de individuella reaktionsordningarna för reaktanterna och den mäter reaktionens känslighet för förändringar i koncentrationerna av alla reaktanter. De individuella reaktionsordningarna och därför den övergripande reaktionsordningen bestäms experimentellt.
Hur reaktionsordningarna fungerar
Reaktionshastigheten är relaterad till koncentrationen av en reaktant med hastighetskonstanten, representerad av bokstaven k. Hastighetskonstanten ändras när parametrar som temperaturen ändras, men om bara koncentrationen ändras förblir hastighetskonstanten fast. För en reaktion vid konstant temperatur och tryck är hastigheten lika med hastighetskonstanten gånger koncentrationen av var och en av reaktanterna i storleksordningen av varje reaktant.
Den allmänna formeln är följande:
Rate of reaktion = kAxByCz…, där A, B, C… är koncentrationerna av varje reaktant och x, y, z … är ordningsföljden för de individuella reaktionerna.
Den övergripande ordningen reaktionen är x + y + z +…. Till exempel, för tre första ordningens reaktioner av tre reaktanter, är den totala reaktionsordningen tre. För två andra ordningens reaktioner av två reaktanter är reaktionens totala ordning fyra.
Exempel på reaktionsordningar
Jodklockan reaktionshastigheten är lätt att mäta eftersom lösningen i reaktionsbehållaren blir blå när reaktionen är klar. Tiden det tar att bli blå är proportionell mot reaktionshastigheten. Till exempel, om en fördubbling av koncentrationen av en av reaktanterna gör att lösningen blir blå på halva tiden, har reaktionshastigheten fördubblats.
I en variant av jodklockan kan koncentrationerna av jod-, bromat- och vätereaktanterna ändras och tiderna för lösningen att bli blå kan vara observerade. När koncentrationerna av jod och bromat fördubblas, reduceras reaktionstiden till hälften i varje fall. Detta visar att reaktionshastigheterna fördubblas och att dessa två reaktanter deltar i första ordningens reaktioner. När vätekoncentrationen fördubblas, minskar reaktionstiden med en faktor fyra, vilket betyder att reaktionshastigheten fyrdubblas och vätereaktionen är andra ordningens. Denna version av jodklockan har därför en total reaktionsordning på fyra.
Andra reaktionsordningar inkluderar en nollordsreaktion för vilken förändring av koncentrationen inte gör någon skillnad. Nedbrytningsreaktioner som sönderdelning av dikväveoxid är ofta noll-ordningens reaktioner eftersom ämnet sönderdelas oberoende av dess koncentration.
Reaktioner med andra övergripande reaktionsordningar inkluderar första, andra och tredje ordningens reaktioner. I första ordningens reaktioner sker en första ordningens reaktion för en reaktant med en eller flera reaktanter som har nollordningens reaktioner. Under en andra ordningens reaktion sker två reaktanter med första ordningens reaktioner, eller en reaktant med en andra ordningens reaktion kombineras med en av fler nollordningens reaktanter. På liknande sätt kan en tredje ordningens reaktion ha en kombination av reaktanter vars ordningsföljder summerar till tre. I varje fall indikerar ordningen hur mycket reaktionen kommer att påskynda eller sakta ner när koncentrationerna av reaktanterna ändras.
