שיעור התגובה קבוע: הגדרה ומשוואה

ה שיעור קבוע הוא גורם מידתיות בחוק התעריף של קינטיקה כימית המתייחס לריכוז המולארי של המגיבים לקצב התגובה. זה ידוע גם בשם קצב התגובה קבוע או מקדם קצב תגובה ומצוין במשוואה על ידי האות k.

Takeaways מפתח: דרג קבוע

לתגובה כימית כללית:

aA + bB → cC + dD

ה קצב התגובה הכימית ניתן לחשב כ:

דרג = k [A]^א[B]^ב

מחדש את התנאים, קבוע השיעורים הוא:

שיעור קבוע (k) = דרג / ([A]^א[B]^א)

כאן, k הוא הקצב קבוע ו [A] ו- [B] הם הריכוזים המולאריים של המגיבים A ו- B.

האותיות a ו- b מייצגות את סדר התגובה ביחס ל- A וסדר התגובה ביחס ל b. ערכיהם נקבעים באופן ניסיוני. יחד הם נותנים את סדר התגובה, n:

a + b = n

לדוגמה, אם הכפלת הריכוז של A מכפילה את קצב התגובה או מכפילה את ריכוז ה- A פי ארבעה את קצב התגובה, הרי שהתגובה היא בסדר גודל ראשון ביחס ל- A. קבוע השיעורים הוא:

k = דרג / [A]

אם מכפילים את ריכוז A וקצב התגובה עולה ארבע פעמים, קצב התגובה פרופורציונלי לכיכר הריכוז של A. התגובה היא מסדר שני ביחס לא '.

k = דרג / [A]²

קבוע השיעור עשוי להתבטא גם באמצעות משוואת ארהניוס:

k = Ae^{-אה / RT}

כאן, A הוא קבוע לתדירות התנגשויות החלקיקים, Ea הוא ה- אנרגיית הפעלה של התגובה, R הוא קבוע הגז האוניברסאלי, ו- T הוא ה- טמפרטורה מוחלטת. ממשוואת ארהניוס ניכר כי טמפרטורה הראשי גורם המשפיע על קצב התגובה הכימית. באופן אידיאלי, השיעור הקבוע אחראי לכל המשתנים המשפיעים על קצב התגובה.

יחידות קבוע הקצב תלויות בסדר התגובה. באופן כללי, לתגובה בסדר A + b, יחידות קבוע הקצב הן מולקולריות^1−(M+n)· L^(M+n)−1· ש⁻¹

• לתגובה של סדר אפס, בקבוע הקצב יש יחידות טוחנות בשנייה (M / s) או שומה לליטר בשנייה (mol·L⁻¹· ש⁻¹)
• לתגובה מסדר ראשון יש לקבוע השיעור יחידות של שנייה של שניות^-1
• לתגובה מסדר שני, בקבוע השיעור יש יחידות של ליטר לשומה בשנייה (L · mol⁻¹· ש⁻¹) או (M⁻¹· ש⁻¹)
• לתגובה מסדר שלישי, בקבוע השיעור יש יחידות של ריבוע ליטר לשומה בריבוע בשנייה (L²· מול⁻²· ש⁻¹) או (M⁻²· ש⁻¹)

לתגובות בסדר גודל גבוה יותר או לתגובות כימיות דינמיות, כימאים מיישמים מגוון של הדמיות דינמיקות מולקולריות באמצעות תוכנת מחשב. שיטות אלה כוללות תיאוריית אוכפים מחולקות, נוהל בנט צ'נדלר ואבני דרך.

למרות שמו, קבוע השיעורים אינו קבוע. זה נכון רק בטמפרטורה קבועה. זה מושפע מהוספת או שינוי זרז, שינוי הלחץ, או אפילו על ידי ערבוב הכימיקלים. זה לא תקף אם משהו ישתנה בתגובה מלבד ריכוז המגיבים. כמו כן, זה לא עובד טוב אם תגובה מכילה מולקולות גדולות בריכוז גבוה מכיוון שמשוואת ארהניוס מניחה שמגיבים הם תחומים מושלמים שמבצעים התנגשויות אידיאליות.

• קונורס, קנת (1990). קינטיקה כימית: המחקר של שיעורי התגובה בתמיסה. ג'ון וויילי ובניו. ISBN 978-0-471-72020-1.
• דארו, ג'אנוס; Stirling, András (2014). "תורת האוכף המחולק: רעיון חדש לחישוב קבוע של שיעור". י. כימ. מחשוב תיאוריה. 10 (3): 1121–1127. doi:10.1021 / ct400970y
• אייזקס, ניל ש. (1995). "סעיף 2.8.3". כימיה אורגנית פיזית (מהדורה שנייה). הארלו: אדיסון ווסלי לונגמן. ISBN 9780582218635.
• IUPAC (1997) קומפנדיום לטרמינולוגיה כימית, מהדורה שנייה ("ספר הזהב").
• ליידלר, ק. ג'יי, מייזר, ג'יי. (1982). כימיה פיזיקלית. בנימין / קאמינגס. ISBN 0-8053-5682-7.