Konstantní rychlost reakce: Definice a rovnice

rychlostní konstanta je faktorem proporcionality v sazebním zákoně chemická kinetika která se týká molární koncentrace reakčních složek s rychlostí reakce. Je také známý jako konstantní rychlost reakce nebo koeficient reakční rychlosti a je označeno v rovnici písmenem k.

Klíčové cesty: Konstantní rychlost

Pro obecnou chemickou reakci:

aA + bB → cC + dD

rychlost chemické reakce lze vypočítat jako:

Hodnotit = k [A]^A[B]^b

Po změně uspořádání podmínek je rychlostní konstanta:

rychlostní konstanta (k) = rychlost / ([A]^A[B]^A)

Zde je k rychlostní konstanta a [A] a [B] jsou molární koncentrace reakčních složek A a B.

Písmena aab představují pořadí reakce s ohledem na A a pořadí reakce s ohledem na b. Jejich hodnoty jsou stanoveny experimentálně. Společně dávají pořadí reakce, n:

a + b = n

Například pokud zdvojnásobení koncentrace A zdvojnásobí reakční rychlost nebo čtyřnásobek koncentrace A čtyřnásobí reakční rychlost, pak je reakce prvního řádu vzhledem k A. Rychlostní konstanta je:

k = sazba / [A]

Pokud zdvojnásobíte koncentraci A a reakční rychlost se zvýší čtyřikrát, rychlost reakce je úměrná druhé mocnině koncentrace A. Reakce je druhého řádu vzhledem k A.

k = sazba / [A]²

Rychlostní konstanta může být také vyjádřena pomocí Arrheniova rovnice:

k = Ae^{-Ea / RT}

Zde A je konstanta pro frekvenci srážek částic, Ea je aktivační energie reakce R je univerzální plynová konstanta a T je absolutní teplota. Z Arrheniovy rovnice je zřejmé, že teplota je hlavní faktor, který ovlivňuje rychlost chemické reakce. V ideálním případě rychlostní konstanta představuje všechny proměnné ovlivňující reakční rychlost.

Jednotky rychlostní konstanty závisí na pořadí reakce. Obecně platí, že pro reakci s řádem a + b jsou jednotky rychlostní konstanty mol^1−(m+n)· L^(m+n)−1· S⁻¹

• Pro reakci s nulovým řádem má rychlostní konstanta jednotky molární za sekundu (M / s) nebo mol na litr za sekundu (mol·L)⁻¹· S⁻¹)
• Pro reakci prvního řádu má rychlostní konstanta jednotky za sekundu s^-1
• Pro reakci druhého řádu má rychlostní konstanta jednotky litru na mol za sekundu (L · mol⁻¹· S⁻¹) nebo (M⁻¹· S⁻¹)
• Pro reakci třetího řádu má rychlostní konstanta jednotky litru na druhou na mol čtverce za sekundu (L²· Mol⁻²· S⁻¹) nebo (M⁻²· S⁻¹)

Pro reakce vyššího řádu nebo pro dynamické chemické reakce používají chemici celou řadu simulací molekulární dynamiky pomocí počítačového softwaru. Tyto metody zahrnují Divided Saddle Theory, Bennett Chandlerův postup a Milestoning.

Přes svůj název není sazba konstanta vlastně konstanta. To platí pouze při konstantní teplotě. Je to ovlivněno přidáním nebo změnou katalyzátoru, změnou tlaku nebo dokonce mícháním chemikálií. Neuplatňuje se, pokud se kromě koncentrace reakčních složek něco změní v reakci. Rovněž to nefunguje dobře, pokud reakce obsahuje velké molekuly ve vysoké koncentraci, protože Arrheniova rovnice předpokládá, že reaktanty jsou dokonalými sférami, které provádějí ideální srážky.

• Connors, Kenneth (1990). Chemická kinetika: Studium reakčních rychlostí v roztoku. John Wiley a synové. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). "Dělená sedlová teorie: Nový nápad pro výpočet konstantního poměru rychlosti". J. Chem. Teorie výpočet. 10 (3): 1121–1127. doi:10,1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). "Oddíl 2.8.3". Fyzikální organická chemie (2. vydání). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Kompendium chemické terminologie, 2. ed. („Zlatá kniha“).
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Fyzikální chemie. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.