Konštantná rýchlosť reakcie: definícia a rovnica

rýchlostná konštanta je faktorom proporcionality v zákone o sadzbách chemická kinetika, ktorá sa týka molárnej koncentrácie reaktantov a rýchlosti reakcie. Je tiež známy ako konštanta rýchlosti reakcie alebo koeficient reakčnej rýchlosti a je v rovnici označená písmenom k.

Kľúčové cesty: Konštantná sadzba

Pre všeobecnú chemickú reakciu:

aA + bB → cC + dD

rýchlosť chemickej reakcie možno vypočítať ako:

Ohodnoť = k [A][B]^b

Pri zmene usporiadania podmienok je rýchlostná konštanta:

rýchlostná konštanta (k) = rýchlosť / ([A][B])

Tu je k rýchlostná konštanta a [A] a [B] sú molárne koncentrácie reaktantov A a B.

Písmená a a b predstavujú poradie reakcie s ohľadom na A a poradie reakcie s ohľadom na b. Ich hodnoty sa určujú experimentálne. Spoločne udávajú poradie reakcie, n:

a + b = n

Napríklad, ak zdvojnásobenie koncentrácie A zdvojnásobí rýchlosť reakcie alebo štvornásobok koncentrácie A štvornásobne rýchlosť reakcie, potom je reakcia prvého poriadku vzhľadom na A. Rýchlostná konštanta je:

k = sadzba / [A]

Ak zdvojnásobíte koncentráciu A a rýchlosť reakcie sa zvýši štyrikrát, rýchlosť reakcie je úmerná druhej mocnine koncentrácie A. Reakcia je druhého rádu vzhľadom na A.

k = sadzba / [A]²

Rýchlostná konštanta sa môže vyjadriť aj pomocou Arrheniova rovnica:

k = Ae^{-Ea / RT}

A je tu konštanta pre frekvenciu zrážok častíc, Ea je aktivačná energia R je univerzálna plynová konštanta a T je absolútna teplota. Z Arrheniovej rovnice je zrejmé, že teplota je hlavný faktor, ktorý ovplyvňuje rýchlosť chemickej reakcie. V ideálnom prípade zodpovedá konštanta rýchlosti pre všetky premenné ovplyvňujúce reakčnú rýchlosť.

Jednotky rýchlostnej konštanty závisia od poradia reakcie. Všeobecne pre reakciu s poradím a + b sú jednotky rýchlostnej konštanty molárne^1−(m+n)· L^(m+n)−1· s⁻¹

• Pri reakcii s nulovým poradím má rýchlostná konštanta móly za sekundu (M / s) alebo móly za liter (sekundu)⁻¹· s⁻¹)
• Pre reakciu prvého poriadku má rýchlostná konštanta jednotky za sekundu s^-1
• Pre reakciu druhého poriadku má rýchlostná konštanta jednotky litra na mol za sekundu (L · mol⁻¹· s⁻¹) alebo (M⁻¹· s⁻¹)
• Pre reakciu tretieho rádu má rýchlostná konštanta jednotky litrov štvorcových na mol štvorca za sekundu (L²· mol⁻²· s⁻¹) alebo (M⁻²· s⁻¹)

Pre reakcie vyššieho poriadku alebo pre dynamické chemické reakcie používajú chemici rôzne simulácie molekulárnej dynamiky pomocou počítačového softvéru. Medzi tieto metódy patrí Divided Saddle Theory, Bennett Chandler procedure a Milestoning.

Napriek svojmu názvu nie je sadzba konštanta v skutočnosti konštanta. to platí iba pri konštantnej teplote. Je to ovplyvnené pridaním alebo zmenou katalyzátora, zmenou tlaku alebo dokonca miešaním chemikálií. Neuplatňuje sa, ak sa v reakcii okrem koncentrácie reaktantov zmení niečo iné. Takisto to nefunguje dobre, ak reakcia obsahuje veľké molekuly vo vysokej koncentrácii, pretože Arrheniova rovnica predpokladá, že reaktanty sú dokonalými guľami, ktoré vykonávajú ideálne kolízie.

• Connors, Kenneth (1990). Chemická kinetika: Štúdium reakčných rýchlostí v roztoku. John Wiley a synovia. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). "Rozdelená sedlová teória: nový nápad pre výpočet konštantnej rýchlosti". J. Chem. Teória Comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10,1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). „Oddiel 2.8.3“. Fyzikálna organická chémia (2. vydanie). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Kompendium chemickej terminológie, 2. vydanie. („Zlatá kniha“).
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Fyzikálna chémia. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.