Reaktionshastighed konstant: Definition og ligning

Det hastighedskonstant er en proportionalitetsfaktor i satsloven for kemisk kinetik der relaterer den molære koncentration af reaktanter til reaktionshastigheden. Det er også kendt som reaktionshastighedskonstant eller reaktionshastighedskoefficient og er angivet i en ligning med brevet k.

Key takeaways: rate konstant

Ved en generel kemisk reaktion:

aA + bB → cC + dD

det hastighed for den kemiske reaktion kan beregnes som:

Rate = k [A]^-en[B]^b

Omarrangering af betingelserne, er takstkonstanten:

hastighedskonstant (k) = Rate / ([A]^-en[B]^-en)

Her er k hastighedskonstanten, og [A] og [B] er de molære koncentrationer af reaktanterne A og B.

Bogstaverne a og b repræsenterer rækkefølge af reaktionen med hensyn til A og reaktionens rækkefølge med hensyn til b. Deres værdier bestemmes eksperimentelt. Sammen giver de rækkefølgen af ​​reaktionen, n:

a + b = n

For eksempel, hvis fordobling af koncentrationen af ​​A fordobler reaktionshastigheden eller firdobler koncentrationen af ​​A firedobler reaktionshastigheden, så er reaktionen først orden i forhold til A. Ratekonstanten er:

k = Rate / [A]

Hvis du fordobler koncentrationen af ​​A, og reaktionshastigheden øges fire gange, er reaktionshastigheden proportional med kvadratet af koncentrationen af ​​A. Reaktionen er anden orden med hensyn til A.

k = Rate / [A]²

Hastighedskonstanten kan også udtrykkes ved hjælp af Arrhenius-ligning:

k = Ae^{-Ea / RT}

Her er A en konstant for hyppigheden af ​​partikelkollisioner, Ea er aktiveringsenergi af reaktionen, R er den universelle gaskonstant, og T er den absolut temperatur. Fra Arrhenius-ligningen fremgår det, at temperatur er det vigtigste faktor, der påvirker hastigheden af ​​en kemisk reaktion. Ideelt set står hastighedskonstanten for alle de variabler, der påvirker reaktionshastigheden.

Enhederne for hastighedskonstanten afhænger af reaktionsordenen. Generelt for en reaktion med orden a + b er enhederne for hastighedskonstanten mol^1−(m+n)· L^(m+n)−1· s⁻¹

• For en reaktion uden ordre har hastighedskonstanten molære enheder pr. Sekund (M / s) eller mol pr. Liter pr. Sekund (mol·L⁻¹· s⁻¹)
• Ved en førsteordens reaktion har hastighedskonstanten enheder pr. Sekund af s^-1
• For en anden ordens reaktion har hastighedskonstanten enheder på liter pr. Mol pr. Sekund (L · mol⁻¹· s⁻¹) eller (M⁻¹· s⁻¹)
• For en reaktion fra tredje rækkefølge har hastighedskonstanten enheder på liter kvadrat pr. Mol firkanter pr. Sekund (L²· mol⁻²· s⁻¹) eller (M⁻²· s⁻¹)

Til reaktioner med højere orden eller til dynamiske kemiske reaktioner anvender kemikere en række molekylære dynamikssimuleringer ved hjælp af computersoftware. Disse metoder inkluderer Divided Saddle Theory, Bennett Chandler-proceduren og Milestoning.

På trods af navnet er rentekonstanten faktisk ikke en konstant. Det gælder kun ved en konstant temperatur. Det påvirkes af at tilføje eller ændre en katalysator, ændre trykket eller endda ved at omrøre kemikalierne. Det gælder ikke, hvis der ændres noget i en reaktion udover koncentrationen af ​​reaktanterne. Det fungerer heller ikke særlig godt, hvis en reaktion indeholder store molekyler i en høj koncentration, fordi Arrhenius-ligningen antager, at reaktanter er perfekte sfærer, der udfører ideelle kollisioner.

• Connors, Kenneth (1990). Kemisk kinetik: Undersøgelse af reaktionshastigheder i opløsning. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). "Delet sadelteori: En ny idé til konstant beregning af hastigheden". J. Chem. Teori Comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10,1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). "Afsnit 2.8.3". Fysisk organisk kemi (2. udgave). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Kompendium for kemisk terminologi, 2. udg. ("Guldbogen").
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Fysisk kemi. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.