Conţinut
Dacă v-ați întrebat vreodată cum calculează inginerii rezistența betonului pe care o creează pentru proiectele lor sau cum chimiștii și fizicienii măsoară conductivitatea electrică a materialelor, o mare parte din aceasta se referă la cât de repede au loc reacțiile chimice.
A afla cât de rapid se întâmplă o reacție înseamnă a privi cinemica reacției. Ecuația Arrhenius vă permite să faceți un astfel de lucru. Ecuația implică funcția logaritmului natural și contabilizează rata de coliziune între particulele din reacție.
Calcule de ecuație Arrhenius
Într-o versiune a ecuației Arrhenius, puteți calcula rata unei reacții chimice de prim ordin. Reacțiile chimice de prim ordin sunt cele în care rata reacțiilor depinde doar de concentrația unui singur reactant. Ecuația este:
K = Ae ^ {- E_a / RT}Unde K este constantă a vitezei de reacție, energia de activare este E__A (în jouli), R este constanta de reactie (8,314 J / mol K), T este temperatura din Kelvin și A este factorul de frecvență. Pentru a calcula factorul de frecvență A (care se numește uneori Z), trebuie să cunoașteți celelalte variabile K, EA, și T.
Energia de activare este energia pe care trebuie să o posede moleculele reactante ale unei reacții pentru a avea loc o reacție și independentă de temperatură și de alți factori. Aceasta înseamnă că, pentru o reacție specifică, ar trebui să aveți o energie specifică de activare, administrată în mod obișnuit în jouli per mole.
Energia de activare este adesea folosită cu catalizatori, care sunt enzime care grăbesc procesul reacțiilor. R în ecuația Arrhenius este aceeași constantă de gaz folosită în legea gazului ideal PV = nRT pentru presiune P, volum V, număr de alunițe n, și temperatura T.
Ecuațiile Arrhenius descriu multe reacții în chimie, cum ar fi forme de descompunere radioactivă și reacții bazate pe enzime biologice. Puteți determina timpul de înjumătățire (timpul necesar pentru ca concentrația reactanților să scadă la jumătate) al acestor reacții de prim ordin ca ln (2) / K pentru constanta de reactie K. În mod alternativ, puteți lua logaritmul natural al ambelor părți pentru a schimba ecuația Arrhenius în ln (K) = Sunt (A) - EA/ RT__. Acest lucru vă permite să calculați mai ușor energia și temperatura de activare.
Factorul de frecvență
Factorul de frecvență este utilizat pentru a descrie viteza de coliziuni moleculare care apar în reacția chimică. Puteți să o utilizați pentru a măsura frecvența coliziunilor moleculare care au orientarea adecvată între particule și temperatura corespunzătoare, astfel încât reacția să poată avea loc.
Factorul de frecvență este obținut, în general, experimental pentru a vă asigura că cantitățile unei reacții chimice (temperatura, energia de activare și constanta de viteză) se potrivesc formei ecuației Arrhenius.
Factorul de frecvență este dependent de temperatură și, deoarece logaritmul natural al constantei de viteză K este liniar numai pe o gamă scurtă de schimbări de temperatură, este dificil de extrapolare factorul de frecvență pe o gamă largă de temperaturi.
Exemplu de ecuație Arrhenius
Ca exemplu, ia în considerare următoarea reacție cu constantă de viteză K ca 5,4 × 10 −4 M −1s −1 la 326 ° C și, la 410 ° C, constanta de viteză a fost de 2,8 × 10 −2 M −1s −1. Calculați energia de activare EA și factorul de frecvență A.
H2(g) + I2(g) → 2HI (g)
Puteți utiliza următoarea ecuație pentru două temperaturi diferite T și constantele de rată K pentru a rezolva energia de activare EA.
ln bigg ( frac {K_2} {K_1} bigg) = - frac {E_a} {R} bigg ( frac {1} {T_2} - frac {1} {T_1} bigg)Apoi, puteți conecta numerele și le puteți rezolva EA. Asigurați-vă că convertiți temperatura de la Celsius la Kelvin adăugând 273.
ln bigg ( frac {5.4 × 10 ^ {- 4} ; {M} ^ {- 1} {s} ^ {- 1}} {2.8 × 10 ^ {- 2} ; { M} ^ {- 1} {s} ^ {- 1}} bigg) = - frac {E_a} {R} bigg ( frac {1} {599 ; {K}} - frac {1} {683 ; {K}} bigg) begin {align} E_a & = 1,92 × 10 ^ 4 ; {K} × 8.314 ; {J / K mol} & = 1,60 × 10 ^ 5 ; {J / mol} end {aliniat}Puteți utiliza o constantă a vitezei de temperatură pentru a determina factorul de frecvență A. Conectând valorile, puteți calcula A.
k = Ae ^ {- E_a / RT} 5.4 × 10 ^ {- 4} ; {M} ^ {- 1} {s} ^ {- 1} = A e ^ {- frac {1,60 × 10 ^ 5 ; {J / mol}} {8.314 ; {J / K mol} × 599 ; {K}}} A = 4,73 × 10 ^ {10} ; {M} ^ {-1} {s} ^ {- 1}