Constant Reaction Rate: definiție și ecuație

constantă de viteză este un factor de proporționalitate în legea ratei cinetică chimică care raportează concentrația molară a reactanților la rata de reacție. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de constantă a vitezei de reacție sau coeficientul vitezei de reacție și este indicat într-o ecuație prin literă k.

Cheltuieli cheie: constantă a ratei

Pentru o reacție chimică generală:

aA + bB → cC + dD

rata reacției chimice poate fi calculat ca:

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

Reorganizând termenii, constanta de viteză este:

constantă de viteză (k) = Rata / ([A]^A[B]^A)

Aici, k este constanta de viteză și [A] și [B] sunt concentrațiile molare ale reactanților A și B.

Literele a și b reprezintă ordinea reacției în raport cu A și ordinea reacției în raport cu b. Valorile lor sunt determinate experimental. Împreună, ele dau ordinea reacției, n:

a + b = n

De exemplu, dacă dublarea concentrației de A dublează rata de reacție sau cvadruplând concentrația de A quadruplică viteza de reacție, atunci reacția este de prim ordin în raport cu A. Constanta de viteză este:

k = Rata / [A]

Dacă dublați concentrația de A și rata de reacție crește de patru ori, rata reacției este proporțională cu pătratul concentrației A. Reacția este de ordinul doi în raport cu A.

k = Rata / [A]²

Constanta de viteză poate fi, de asemenea, exprimată folosind Ecuația lui Arrhenius:

k = Ae^{-Ea / RT}

A, A este o constantă pentru frecvența coliziunilor de particule, Ea este energie activatoare a reacției, R este constanta universală a gazului, iar T este temperatura absoluta. Din ecuația lui Arrhenius se vede că temperatura este principalul factor care afectează rata unei reacții chimice. În mod ideal, constanta de viteză reprezintă toate variabilele care influențează rata de reacție.

Unitățile constantei de viteză depind de ordinea reacției. În general, pentru o reacție cu ordinea a + b, unitățile constantei de viteză sunt mol^1−(m+n)· L^(m+n)−1· s⁻¹

• Pentru o reacție de ordine zero, constanta de viteză are unități molare pe secundă (M / s) sau mol pe litru pe secundă (mol·L⁻¹· s⁻¹)
• Pentru o reacție de prim ordin, constanta de viteză are unități de secundă de s^-1
• Pentru o reacție de ordinul doi, constanta de viteză are unități de litru pe mol pe secundă (L · mol⁻¹· s⁻¹) sau (M⁻¹· s⁻¹)
• Pentru o reacție de al treilea ordin, constanta de viteză are unități de litru pătrat pe mol pătrate pe secundă (L²· mol⁻²· s⁻¹) sau (M⁻²· s⁻¹)

Pentru reacții de ordin mai ridicat sau pentru reacții chimice dinamice, chimiștii aplică o varietate de simulări de dinamică moleculară folosind software-ul computerului. Aceste metode includ teoria divizării șa, procedura Bennett Chandler și Milestoning.

În ciuda numelui, constanta de viteză nu este de fapt o constantă. Aceasta este valabil doar la o temperatură constantă. Este afectat prin adăugarea sau schimbarea unui catalizator, modificarea presiunii sau chiar prin agitarea substanțelor chimice. Nu se aplică dacă se schimbă ceva într-o reacție în afară de concentrația reactanților. De asemenea, nu funcționează foarte bine dacă o reacție conține molecule mari la o concentrație ridicată, deoarece ecuația Arrhenius presupune că reactanții sunt sfere perfecte care realizează coliziuni ideale.

• Connors, Kenneth (1990). Kinetica chimică: Studiul ratelor de reacție în soluție. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Daru, János; Stirling, András (2014). "Teoria șa divizată: o nouă idee pentru calculul constant al ratei". J. Chem. Teorie Calcul. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021 / ct400970y
• Isaacs, Neil S. (1995). "Secțiunea 2.8.3". Chimie organică fizică (Ediția a 2-a). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) Compendiu de terminologie chimică, Ediția a 2-a. („Cartea de aur”).
• Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Chimie Fizica. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.