Константа скорости реакции: определение и уравнение

константа скорости является фактором пропорциональности в законе скорости химическая кинетика это связывает молярную концентрацию реагентов со скоростью реакции. Это также известно как константа скорости реакции или коэффициент скорости реакции и обозначается в уравнении буквой К.

Ключевые выводы: постоянная ставка

Для общей химической реакции:

aA + bB → cC + dD

скорость химической реакции может быть рассчитан как:

Скорость = k [A][B]^б

Переставляя условия, константа скорости равна:

константа скорости (k) = скорость / ([A][B])

Здесь k - константа скорости, а [A] и [B] - молярные концентрации реагентов A и B.

Буквы А и В представляют собой порядок реакции по отношению к А и порядок реакции по отношению к б. Их значения определены экспериментально. Вместе они дают порядок реакции, n:

a + b = n

Например, если удвоение концентрации А удваивает скорость реакции или четырехкратное увеличение концентрации А в четыре раза увеличивает скорость реакции, то реакция первого порядка по отношению к А. Константа скорости:

k = скорость / [A]

Если удвоить концентрацию А и скорость реакции возрастет в четыре раза, скорость реакции будет пропорциональна квадрату концентрации А. Реакция второго порядка по отношению к А.

k = скорость / [A]²

Константа скорости также может быть выражена с использованием Уравнение Аррениуса:

k = Ae^{-Ea / RT}

Здесь A - постоянная для частоты столкновений частиц, Ea - это энергия активации реакции, R является универсальной газовой постоянной, а T является абсолютная температура. Из уравнения Аррениуса очевидно, что температура является основным фактор, влияющий на скорость химической реакции. В идеале константа скорости учитывает все переменные, влияющие на скорость реакции.

Единицы константы скорости зависят от порядка реакции. Как правило, для реакции с порядком a + b единицами константы скорости являются моль^1−(м+N)· л^(м+N)−1· с⁻¹

• Для реакции нулевого порядка константа скорости имеет единицы моль в секунду (М / с) или моль на литр в секунду (мольL⁻¹· с⁻¹)
• Для реакции первого порядка константа скорости имеет единицы в секунду с^-1
• Для реакции второго порядка константа скорости имеет единицы литров на моль в секунду (л · моль⁻¹· с⁻¹) или (М⁻¹· с⁻¹)
• Для реакции третьего порядка константа скорости имеет единицу квадратного литра на моль в секунду (L²· моль⁻²· с⁻¹) или (М⁻²· с⁻¹)

Для реакций более высокого порядка или для динамических химических реакций химики применяют различные модели молекулярной динамики с использованием компьютерного программного обеспечения. Эти методы включают в себя теорию разделенного седла, процедуру Беннетта Чендлера и Milestoning.

Несмотря на свое название, константа скорости на самом деле не является константой. Это верно только при постоянной температуре. Это зависит от добавления или замены катализатора, изменения давления или даже от перемешивания химикатов. Он не применяется, если что-то меняется в реакции, кроме концентрации реагентов. Кроме того, это не очень хорошо работает, если реакция содержит большие молекулы с высокой концентрацией, потому что уравнение Аррениуса предполагает, что реагенты являются идеальными сферами, которые совершают идеальные столкновения.

• Коннорс, Кеннет (1990). Химическая кинетика: изучение скорости реакции в растворе. Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-72020-1.
• Дару, Янош; Стерлинг, Андрас (2014). «Теория разделенного седла: новая идея для расчета константы скорости». J. Химреагент Теория вычислений. 10 (3): 1121–1127. DOI:10,1021 / ct400970y
• Айзекс, Нил С. (1995). «Раздел 2.8.3». Физическая органическая химия (2-е изд.). Харлоу: Эддисон Уэсли Лонгман. ISBN 9780582218635.
• ИЮПАК (1997) Компендиум химической терминологии2-е изд. («Золотая книга»).
• Лейдлер К. J., Meiser, J.H. (1982). Физическая химия. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.