Stała szybkości reakcji: definicja i równanie

The stała szybkości jest współczynnikiem proporcjonalności w prawie stopy Kinetyka chemiczna który wiąże stężenie molowe reagentów z szybkością reakcji. Jest również znany jako stała szybkości reakcji lub współczynnik szybkości reakcji i jest wskazany w równaniu literą k.

Najważniejsze dania na wynos: stała stała

W przypadku ogólnej reakcji chemicznej:

aA + bB → cC + dD

szybkość reakcji chemicznej można obliczyć jako:

Stawka = k [A]^za[B]^b

Zmieniając warunki, stała szybkości wynosi:

stała szybkości (k) = stopa / ([A]^za[B]^za)

Tutaj k jest stałą szybkości, a [A] i [B] są stężeniami molowymi reagentów A i B.

Litery aib oznaczają kolejność reakcji w odniesieniu do A i kolejności reakcji w odniesieniu do b. Ich wartości są ustalane eksperymentalnie. Razem dają porządek reakcji, n:

a + b = n

Na przykład, jeśli podwojenie stężenia A podwaja szybkość reakcji lub czterokrotnie stężenie A czterokrotnie zwiększa szybkość reakcji, wówczas reakcja jest pierwszego rzędu w odniesieniu do A. Stała szybkości wynosi:

k = stopa / [A]

Jeśli podwoisz stężenie A, a szybkość reakcji zwiększy się czterokrotnie, szybkość reakcji jest proporcjonalna do kwadratu stężenia A. Reakcja jest drugiego rzędu w odniesieniu do A.

k = stopa / [A]²

Stałą szybkości można również wyrazić za pomocą Równanie Arrheniusa:

k = Ae^{-Ea / RT}

Tutaj A jest stałą częstotliwości zderzeń cząstek, Ea jest energia aktywacji reakcji, R jest uniwersalną stałą gazu, a T jest temperatura absolutna. Z równania Arrheniusa wynika, że temperatura to jest główne czynnik wpływający na szybkość reakcji chemicznej. Idealnie stała szybkości odpowiada wszystkim zmiennym wpływającym na szybkość reakcji.

Jednostki stałej szybkości zależą od kolejności reakcji. Ogólnie, dla reakcji z rzędem a + b, jednostkami stałej szybkości są mol^1−(m+n)· L^(m+n)−1· S⁻¹

• W przypadku reakcji rzędu zerowego stała szybkości ma jednostki molowe na sekundę (M / s) lub mol na litr na sekundę (mol·L⁻¹· S⁻¹)
• Dla reakcji pierwszego rzędu stała szybkości ma jednostki na sekundę s^-1
• Dla reakcji drugiego rzędu stała szybkości ma jednostki litra na mol na sekundę (L · mol⁻¹· S⁻¹) lub (M⁻¹· S⁻¹)
• Dla reakcji trzeciego rzędu stała szybkości ma jednostki litra do kwadratu na mol kwadratów na sekundę (L²· Mol⁻²· S⁻¹) lub (M⁻²· S⁻¹)

W przypadku reakcji wyższego rzędu lub dynamicznych reakcji chemicznych chemicy stosują różne symulacje dynamiki molekularnej za pomocą oprogramowania komputerowego. Metody te obejmują teorię podzielonego siodła, procedurę Bennetta Chandlera i Milestoning.

Pomimo nazwy stała szybkości nie jest w rzeczywistości stała. To obowiązuje tylko przy stałej temperaturze. Ma na to wpływ dodanie lub zmiana katalizatora, zmiana ciśnienia, a nawet mieszanie chemikaliów. Nie ma zastosowania, jeśli coś zmienia się w reakcji oprócz stężenia reagentów. Również nie działa zbyt dobrze, jeśli reakcja zawiera duże cząsteczki w wysokim stężeniu, ponieważ równanie Arrheniusa zakłada, że ​​reagenty są doskonałymi sferami, które wykonują idealne zderzenia.

• Connors, Kenneth (1990). Kinetyka chemiczna: badanie szybkości reakcji w roztworze. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). „Teoria podzielonego siodła: nowy pomysł na obliczanie stałej stawki”. JOT. Chem. Teoria Oblicz. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). „Sekcja 2.8.3”. Fizyczna chemia organiczna (Wydanie drugie). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Kompendium terminologii chemicznej, 2nd ed. („Złota Księga”).
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Chemia fizyczna. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.