Reaksjonshastighet konstant: Definisjon og ligning

De rate konstant er en forholdsmessighetsfaktor i satsloven kjemisk kinetikk som relaterer den molære konsentrasjonen av reaktanter til reaksjonshastigheten. Det er også kjent som reaksjonshastighet konstant eller reaksjonshastighetskoeffisient og er angitt i en ligning med bokstaven k.

Viktige takeaways: Rate Constant

For en generell kjemisk reaksjon:

aA + bB → cC + dD

de hastigheten på den kjemiske reaksjonen kan beregnes som:

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

Omorganiserer begrepene, er takstkonstanten:

rate konstant (k) = Rate / ([A]^en[B]^en)

Her er k hastighetskonstanten, og [A] og [B] er molkonsentrasjonen av reaktantene A og B.

Bokstavene a og b representerer rekkefølgen på reaksjonen med hensyn til A og reaksjonens rekkefølge med hensyn til b. Verdiene deres blir bestemt eksperimentelt. Sammen gir de rekkefølgen på reaksjonen, n:

a + b = n

For eksempel, hvis dobling av konsentrasjonen av A dobler reaksjonshastigheten eller firedobler konsentrasjonen av A dobler det så mye som reaksjonshastigheten, er reaksjonen først orden i forhold til A. Ratekonstanten er:

k = Rate / [A]

Hvis du dobler konsentrasjonen av A og reaksjonshastigheten øker fire ganger, er reaksjonshastigheten proporsjonal med kvadratet av konsentrasjonen til A. Reaksjonen er andreordens med hensyn til A.

k = Rate / [A]²

Ratekonstanten kan også uttrykkes ved å bruke Arrhenius-ligningen:

k = Ae^{-Ea / RT}

Her er A en konstant for frekvensen av partikkelkollisjoner, Ea er den aktiveringsenergi av reaksjonen, R er den universelle gasskonstanten, og T er den absolutt temperatur. Fra Arrhenius-ligningen fremgår det at temperatur er det viktigste faktor som påvirker hastigheten på en kjemisk reaksjon. Ideelt sett står hastighetskonstanten for alle variablene som påvirker reaksjonsraten.

Enhetene til hastighetskonstanten avhenger av reaksjonsrekkefølgen. Generelt, for en reaksjon med orden a + b, er enhetene for hastighetskonstanten mol^1−(m+n)· L^(m+n)−1· s⁻¹

• For en reaksjon uten ordre har hastighetskonstanten enheter molar per sekund (M / s) eller mol per liter per sekund (mol·L⁻¹· s⁻¹)
• For en reaksjon med første ordre har hastighetskonstanten enheter per sekund av s^-1
• For en andre ordens reaksjon har hastighetskonstanten enheter på liter per mol per sekund (L · mol⁻¹· s⁻¹) eller (M⁻¹· s⁻¹)
• For en reaksjon fra tredje ordre har hastighetskonstanten enheter på kvadrat liter per mol kvadrat per sekund (L²· mol⁻²· s⁻¹) eller (M⁻²· s⁻¹)

For reaksjoner med høyere orden eller for dynamiske kjemiske reaksjoner, bruker kjemikere en rekke molekylære dynamikk-simuleringer ved bruk av programvare. Disse metodene inkluderer Divided Saddle Theory, Bennett Chandler-prosedyren og Milestoning.

Til tross for navnet er rentekonstanten faktisk ikke en konstant. Den holder bare til ved konstant temperatur. Det påvirkes av å tilsette eller endre en katalysator, endre trykket, eller til og med ved å røre kjemikaliene. Det gjelder ikke hvis noe endres i en reaksjon foruten konsentrasjonen av reaktantene. Det fungerer heller ikke så bra hvis en reaksjon inneholder store molekyler med høy konsentrasjon fordi Arrhenius-ligningen antar at reaktanter er perfekte sfærer som utfører ideelle kollisjoner.

• Connors, Kenneth (1990). Kjemisk kinetikk: Studien av reaksjonshastigheter i løsning. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). "Delt salteori: En ny idé for konstant beregning av hastighet". J. Chem. Teori Comput. 10 (3): 1121–1127. gjør jeg:10,1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). "Avsnitt 2.8.3". Fysisk organisk kjemi (2. utg.). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Compendium of Chemical Terminology, 2. utg. ("Gullboka").
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Fysisk kjemi. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.