Geschwindigkeitskonstante

In der chemischen Kinetik , die Rate konstant (oder Ratenkoeffizient ) k ist ein Maß für die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion .

Bei einer Elementarreaktion oder einem Elementarschritt zwischen den Reaktanten A und B hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von den Konzentrationen ab. Die Reaktionsgeschwindigkeit in einem geschlossenen Reaktor über die mit v (t) bezeichnete Zeit kann durch den Ausdruck bestimmt werden:

{\ displaystyle v (t) = k (T) [A] ^ {m} [B] ^ {n}}

Hier ist die Proportionalitätskonstante k ( T ) die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion, die von der Temperatur abhängt. [ A ] und [ B ] eignen sich die Konzentrationen von A und B . Die Exponenten m und n werden als Teilreaktionsordnungen bezeichnet . Sie hängen vom Reaktionsmechanismus ab und können experimentell bestimmt werden.

Einheiten

Die Einheiten der Geschwindigkeitskonstante hängen von der Reihenfolge der Gesamtreaktion ab. Wenn die Konzentrationen in mol·L −1 (oft mit M abgekürzt) ausgedrückt werden , dann:

für die Ordnung ( m + n ) hat die Geschwindigkeitskonstante die Einheiten mol 1 - ( m + n ) · L ( m + n ) - 1 · s - 1 ;
für eine Reaktion nullter Ordnung hat die Geschwindigkeitskonstante die Einheiten mol·L −1 · s −1 (oder M · s −1 );
für eine Reaktion erster Ordnung hat die Geschwindigkeitskonstante die Einheiten s −1 ;
für eine Reaktion zweiter Ordnung sind die Einheiten L · mol –1 · s –1 (oder M –1 · s –1 );
und für die dritte Ordnung sind die Einheiten L 2 · mol –2 · s –1 (oder M –2 · s –1 ).

Temperaturabhängigkeit

Der Geschwindigkeitskoeffizient wird als Geschwindigkeitskonstante bezeichnet, da er unabhängig von den Konzentrationen der Reaktanten ist. Sie variiert jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur ( T ), normalerweise nach dem Arrhenius-Gesetz .

k = Ae ^ {{\ frac {-E _ {{\ mathrm a}}} {RT}}}

Hier ist E a die Aktivierungsenergie und R ist die universelle Konstante idealer Gase . Bei der Temperatur T repräsentiert die Exponentialfunktion hier den Anteil molekularer Kollisionen, deren Energie nach der Boltzmann-Verteilung größer als E a ist , so dass die Moleküle genügend Energie haben, um zu reagieren. A soll der präexponentielle Faktor oder der Frequenzfaktor sein (nicht zu verwechseln mit Reagenz A).

Schnelle Reaktionen

Die Geschwindigkeitskonstante einer sehr schnellen Reaktion kann mit der Temperatursprungmethode gemessen werden .