Das Geschwindigkeitskonstante ist ein Verhältnismäßigkeitsfaktor im Zinsgesetz von chemische Kinetik das bezieht die molare Konzentration der Reaktanten auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Es ist auch bekannt als die Reaktionsgeschwindigkeit konstant oder Reaktionsgeschwindigkeitskoeffizient und wird in einer Gleichung durch den Buchstaben angegeben k.
Wichtige Imbissbuden: Geschwindigkeitskonstante
- Die Geschwindigkeitskonstante k ist eine Proportionalitätskonstante, die die Beziehung zwischen der molaren Konzentration der Reaktanten und der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion angibt.
- Die Geschwindigkeitskonstante kann experimentell unter Verwendung der molaren Konzentrationen der Reaktanten und der Reihenfolge der Reaktion ermittelt werden. Alternativ kann es unter Verwendung der Arrhenius-Gleichung berechnet werden.
- Die Einheiten der Geschwindigkeitskonstante hängen von der Reihenfolge der Reaktion ab.
- Die Geschwindigkeitskonstante ist keine echte Konstante, da ihr Wert von der Temperatur und anderen Faktoren abhängt.
Geschwindigkeitskonstante Gleichung
Für eine allgemeine chemische Reaktion:
aA + bB → cC + dD
das Geschwindigkeit der chemischen Reaktion kann berechnet werden als:
Rate = k [A]ein[B]b
Beim Umordnen der Begriffe lautet die Geschwindigkeitskonstante:
Geschwindigkeitskonstante (k) = Geschwindigkeit / ([A]ein[B]ein)
Hier ist k die Geschwindigkeitskonstante und [A] und [B] sind die molaren Konzentrationen der Reaktanten A und B.
Die Buchstaben a und b stehen für Reihenfolge der Reaktion in Bezug auf A und die Reihenfolge der Reaktion in Bezug auf b. Ihre Werte werden experimentell bestimmt. Zusammen geben sie die Reihenfolge der Reaktion an, n:
a + b = n
Wenn zum Beispiel das Verdoppeln der Konzentration von A die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt oder das Vervierfachen der Konzentration von A die Reaktionsgeschwindigkeit vervierfacht, dann ist die Reaktion in Bezug auf A erster Ordnung. Die Geschwindigkeitskonstante ist:
k = Rate / [A]
Wenn Sie die Konzentration von A verdoppeln und die Reaktionsgeschwindigkeit viermal ansteigt, ist die Reaktionsgeschwindigkeit proportional zum Quadrat der Konzentration von A. Die Reaktion ist in Bezug auf A zweiter Ordnung.
k = Rate / [A]2
Geschwindigkeitskonstante aus der Arrhenius-Gleichung
Die Geschwindigkeitskonstante kann auch mit ausgedrückt werden Arrhenius-Gleichung:
k = Ae-Ea / RT
Hier ist A eine Konstante für die Häufigkeit von Teilchenkollisionen, Ea ist die Aktivierungsenergie der Reaktion ist R die universelle Gaskonstante und T die Absolute Temperatur. Aus der Arrhenius-Gleichung geht hervor, dass Temperatur ist der Hauptteil Faktor, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst. Im Idealfall berücksichtigt die Geschwindigkeitskonstante alle Variablen, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.
Konstante Einheiten bewerten
Die Einheiten der Geschwindigkeitskonstante hängen von der Reihenfolge der Reaktion ab. Im Allgemeinen sind für eine Reaktion mit der Ordnung a + b die Einheiten der Geschwindigkeitskonstante mol1−(m+n)· L.(m+n)−1· S.−1
- Für eine Reaktion nullter Ordnung hat die Geschwindigkeitskonstante Einheiten Mol pro Sekunde (M / s) oder Mol pro Liter pro Sekunde (Mol · L)−1· S.−1)
- Für eine Reaktion erster Ordnung hat die Geschwindigkeitskonstante Einheiten von pro Sekunde von s-1
- Für eine Reaktion zweiter Ordnung hat die Geschwindigkeitskonstante Einheiten von Liter pro Mol pro Sekunde (L · mol−1· S.−1) oder (M.−1· S.−1)
- Für eine Reaktion dritter Ordnung hat die Geschwindigkeitskonstante Einheiten von Quadratquadrat pro Molquadrat pro Sekunde (L.2· Mol−2· S.−1) oder (M.−2· S.−1)
Andere Berechnungen und Simulationen
Für Reaktionen höherer Ordnung oder für dynamische chemische Reaktionen wenden Chemiker eine Vielzahl molekulardynamischer Simulationen unter Verwendung von Computersoftware an. Diese Methoden umfassen die Theorie des geteilten Sattels, das Bennett Chandler-Verfahren und Milestoning.
Keine wahre Konstante
Trotz ihres Namens ist die Geschwindigkeitskonstante eigentlich keine Konstante. Es gilt nur bei konstanter Temperatur. Es wird durch Zugabe oder Wechsel eines Katalysators, Änderung des Drucks oder sogar durch Rühren der Chemikalien beeinflusst. Es gilt nicht, wenn sich in einer Reaktion außer der Konzentration der Reaktanten etwas ändert. Es funktioniert auch nicht sehr gut, wenn eine Reaktion große Moleküle in hoher Konzentration enthält, da die Arrhenius-Gleichung davon ausgeht, dass Reaktanten perfekte Kugeln sind, die ideale Kollisionen ausführen.
Quellen
- Connors, Kenneth (1990). Chemische Kinetik: Die Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeiten in Lösung. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72020-1.
- Daru, János; Stirling, András (2014). "Geteilte Satteltheorie: Eine neue Idee für die Berechnung der Geschwindigkeitskonstante". J. J. Chem. Theorie Comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021 / ct400970y
- Isaacs, Neil S. (1995). "Abschnitt 2.8.3". Physikalische Organische Chemie (2. Aufl.). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
- IUPAC (1997) Kompendium der chemischen Terminologie, 2. Aufl. (das "Goldbuch").
- Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Physikalische Chemie. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.