Konstantna stopa reakcije: definicija i jednadžba

stopa konstanta je faktor proporcionalnosti u zakonu stopa kemijska kinetika koji se odnosi na molarnu koncentraciju reaktanata na brzinu reakcije. Poznat je i kao the konstantna brzina reakcije ili koeficijent brzine reakcije i označen je u jednadžbi slovom k.

Ključni odvoji: Ocijenite stalno

Za opću kemijsku reakciju:

aA + bB → cC + dD

brzina kemijske reakcije može se izračunati kao:

Stopa = k [A][B]^b

Rasporedivanje izraza, konstanta brzine je:

konstantna stopa (k) = Brzina / ([A][B])

Ovdje je k konstanta brzine i [A] i [B] su molarne koncentracije reaktanata A i B.

Slova a i b predstavljaju znak redoslijed reakcije s obzirom na A i redoslijed reakcije u odnosu na b. Njihove vrijednosti su određene eksperimentalno. Zajedno daju redoslijed reakcije, n:

a + b = n

Na primjer, ako udvostručenje koncentracije A udvostruči brzinu reakcije ili udvostruči koncentraciju A, učetvorostruči brzinu reakcije, tada je prva reakcija u odnosu na A. Stopa konstante je:

k = Stopa / [A]

Ako udvostručite koncentraciju A i brzina reakcije se poveća četiri puta, brzina reakcije proporcionalna je kvadratu koncentracije A. Reakcija je drugog reda u odnosu na A.

k = Stopa / [A]²

Konstanta brzine može se izraziti i pomoću Arrenijeva jednadžba:

k = Ae^{-Ea / RT}

Ovdje je A konstanta za učestalost sudara čestica, Ea je energija aktivacije reakcije, R je univerzalna plinska konstanta, a T je apsolutna temperatura. Iz Arrenijeve jednadžbe vidljivo je da temperatura je glavni faktor koji utječe na brzinu kemijske reakcije. U idealnom slučaju konstanta brzine obuhvaća sve varijable koje utječu na brzinu reakcije.

Jedinice konstante brzine ovise o redoslijedu reakcije. Općenito, za reakciju s redom a + b, jedinice konstantne brzine su mol^1−(m+n)· L^(m+n)−1· s⁻¹

• Za reakciju nulta reda, konstanta brzine ima jedinice molarne u sekundi (M / s) ili mola po litri u sekundi (mol·L⁻¹· s⁻¹)
• Za reakciju prvog reda, konstanta brzine ima jedinice u sekundi s^-1
• Za reakciju drugog reda, konstanta brzine ima jedinice litre po molu u sekundi (L · mol⁻¹· s⁻¹) ili (M⁻¹· s⁻¹)
• Za reakciju trećeg reda, konstanta brzine ima jedinice litre u kvadratima po molu kvadrata u sekundi (L²· mol⁻²· s⁻¹) ili (M⁻²· s⁻¹)

Za reakcije višeg reda ili za dinamičke kemijske reakcije, kemičari primjenjuju razne simulacije molekularne dinamike pomoću računalnog softvera. Ove metode uključuju teoriju podijeljenog sedla, postupak Bennetta Chandlera i Milestoning.

Unatoč svom nazivu, konstanta brzine zapravo nije konstanta. To vrijedi samo pri konstantnoj temperaturi. Na to utječu dodavanjem ili promjenom katalizatora, promjenom tlaka ili čak miješanjem kemikalija. Ne primjenjuje se ako se nešto promijeni u reakciji osim koncentracije reaktanata. Također, ne djeluje baš ako reakcija sadrži velike molekule u visokoj koncentraciji jer Arrheniusova jednadžba pretpostavlja da su reaktanti savršene sfere koje izvode idealne sudare.

• Connors, Kenneth (1990). Kemijska kinetika: ispitivanje reakcijskih brzina u otopini. John Wiley & Sinovi. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). "Teorija podijeljenog sedla: Nova ideja za konstantno izračunavanje stope". J. Chem. Teorijsko računanje. 10 (3): 1121–1127. dOI:10,1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). "Odjeljak 2.8.3". Fizička organska kemija (2. izd.). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Zbirka kemijske terminologije, 2. izd. ("Zlatna knjiga").
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Fizička kemija. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.