Il tasso costante è un fattore di proporzionalità nella legge sui tassi di cinetica chimica che collega la concentrazione molare dei reagenti alla velocità di reazione. È anche noto come costante di velocità di reazione o coefficiente di velocità di reazione ed è indicato in un'equazione dalla lettera K.
Takeaway chiave: tasso costante
- La costante di velocità, k, è una costante di proporzionalità che indica la relazione tra la concentrazione molare dei reagenti e la velocità di una reazione chimica.
- La costante di velocità può essere trovata sperimentalmente, usando le concentrazioni molari dei reagenti e l'ordine di reazione. In alternativa, può essere calcolato usando l'equazione di Arrhenius.
- Le unità della costante di velocità dipendono dall'ordine di reazione.
- La costante di velocità non è una costante vera, poiché il suo valore dipende dalla temperatura e da altri fattori.
Equazione costante di velocità
Per una reazione chimica generale:
aA + bB → cC + dD
il velocità della reazione chimica può essere calcolato come:
Tasso = k [A]un'[B]B
Riorganizzando i termini, la costante di tasso è:
costante di frequenza (k) = velocità / ([A]un'[B]un')
Qui, k è la costante di velocità e [A] e [B] sono le concentrazioni molari dei reagenti A e B.
Le lettere aeb rappresentano il ordine della reazione rispetto ad A e all'ordine della reazione rispetto a b. I loro valori sono determinati sperimentalmente. Insieme, danno l'ordine della reazione, n:
a + b = n
Ad esempio, se il raddoppio della concentrazione di A raddoppia la velocità di reazione o quadruplica la concentrazione di A quadruplica la velocità di reazione, quindi la reazione è di primo ordine rispetto ad A. La costante di velocità è:
k = Rate / [A]
Se raddoppi la concentrazione di A e la velocità di reazione aumenta di quattro volte, la velocità della reazione è proporzionale al quadrato della concentrazione di A. La reazione è di secondo ordine rispetto ad A.
k = Rate / [A]2
Costante di velocità dall'equazione di Arrhenius
La costante di velocità può anche essere espressa usando il Equazione di Arrhenius:
k = Ae-Ea / RT
Qui, A è una costante per la frequenza delle collisioni di particelle, Ea è il energia di attivazione della reazione, R è la costante di gas universale e T è la temperatura assoluta. Dall'equazione di Arrhenius, è evidente che temperatura è il principale fattore che influenza la velocità di una reazione chimica. Idealmente, la costante di velocità tiene conto di tutte le variabili che incidono sulla velocità di reazione.
Valuta le unità costanti
Le unità della costante di velocità dipendono dall'ordine di reazione. In generale, per una reazione con ordine a + b, le unità della costante di velocità sono mol1−(m+n)· L(m+n)−1·S−1
- Per una reazione di ordine zero, la costante di velocità ha unità molari al secondo (M / s) o mole al litro al secondo (mol·L−1·S−1)
- Per una reazione del primo ordine, la costante di velocità ha unità di al secondo di s-1
- Per una reazione del secondo ordine, la costante di velocità ha unità di litro per mole al secondo (L · mol−1·S−1) o (M−1·S−1)
- Per una reazione del terzo ordine, la costante di velocità ha unità di litro al quadrato per mole al secondo (L2· mol−2·S−1) o (M−2·S−1)
Altri calcoli e simulazioni
Per reazioni di ordine superiore o per reazioni chimiche dinamiche, i chimici applicano una varietà di simulazioni di dinamica molecolare utilizzando un software per computer. Questi metodi includono la teoria della sella divisa, la procedura di Bennett Chandler e il Milestoning.
Non una vera costante
Nonostante il suo nome, la costante di tasso non è in realtà una costante. esso vale solo a temperatura costante. È influenzato dall'aggiunta o dalla modifica di un catalizzatore, dalla modifica della pressione o anche dall'agitazione dei prodotti chimici. Non si applica se qualcosa cambia in una reazione oltre alla concentrazione dei reagenti. Inoltre, non funziona molto bene se una reazione contiene grandi molecole ad alta concentrazione perché l'equazione di Arrhenius presuppone che i reagenti siano sfere perfette che eseguono collisioni ideali.
fonti
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- Daru, János; Stirling, András (2014). "Teoria della sella divisa: una nuova idea per il calcolo della costante di frequenza". J. Chem. Teoria comput. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021 / ct400970y
- Isaacs, Neil S. (1995). "Sezione 2.8.3". Chimica organica fisica (2a edizione). Harlow: Addison Wesley Longman. ISBN 9780582218635.
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- Laidler, K. J., Meiser, J.H. (1982). Chimica fisica. Benjamin / Cummings. ISBN 0-8053-5682-7.