Калькулятор константы скорости химической реакции

сек-1
кДж
K
Результат расчёта
Константа скорости реакции (K) = {$ result|myNumber:100 $} = {$ result|number:4 $} сек-1

Уравнение Аррениуса — научный закон, который определяет функцию константы скорости реакции от температуры. Благодаря закону легко вычислить динамику стремительности реакции в зависимости от температуры, что пригодится не только на производстве или школьной лаборатории, но и на кухне.

Химические реакции

Реакция — это процесс трансформации нескольких реагентов в другие вещества, во время которой совершается реконфигурация электронов ядер. Химические реакции протекают в самых разных условиях: спонтанно при физическом контакте исходных веществ, при действии температуры, света или электрического тока, при механическом воздействии или влиянии радиации.

К наиболее распространенным «бытовым» химическим реакциям относятся процессы, протекающие при динамике температуры. Чем больше температура тела, тем быстрее движутся атомы, что приводит к разрушению кристаллической решетки и хаотичному движению молекул. Понятно, что такие реакции происходят при столкновении элементарных частиц. Однако количество молекул огромно, и если бы каждая встреча частиц провоцировала реакцию, то все термические процессы завершались бы, не успев начаться.

Шведский химик Сванте Аррениус, тот самый ученый, который открыл существование ионов, понял, что для начала реакции молекулы должны иметь в запасе энергию. При неизменной температуре спонтанные реакции возможны только при взаимодействии молекул, которые имеют эту энергию. Аррениус назвал эту излишнюю силу энергией активации, а сами частицы — активированными.

Энергия активации

Согласно постулату Аррениуса, энергия активации — это минимальное количество силы, которой должны обладать структурные частицы, чтобы их взаимодействие провоцировало реакцию и обмен электронами. Из курса химии известно, что взаимодействие частиц связано с разрушением старых химических связей и установлением новых, в результате чего каждая структурная единица вещества проходит через создание промежуточного соединения — активированного комплекса. Именно образование переменчивого активированного комплекса требует резервов энергии активации, которые тратятся на одоление сил отталкивания электронных оболочек и перестройку конфигурации атомов.

Таким образом, чем больше молекул вещества обладают энергией активации, тем быстрее будут протекать реакции с участием этого реагента. На быстроту реакции также влияет и температура, в которой совершается химическое взаимодействие: чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы и тем чаще происходят столкновения. Аррениус связал эти постулаты в единое целое.

Уравнение Аррениуса

Химическое уравнение Аррениуса позволяет связать скорость протекания реакции с частотой столкновений молекулярных частиц в зависимости от температуры окружающей среды. Математически уравнение Аррениуса записывается как:

K = Z × e (−Ea / (R × T)),

где K — константа скорости химической реакции, Z — частота соударений реагирующих молекул, Ea — энергия активации, T — температура в Кельвинах, R — универсальная газовая постоянная.

Если внимательно посмотреть на формулу, то можно заметить, что физический смысл константы скорости реакции состоит в том, что она количественно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагентов, равной 1 моль/л.

Наш онлайн-инструмент позволяет вычислить скорость протекания реакций, если известны частота соударения молекул, их энергия активации и температура. Для использования калькулятора константы скорости достаточно ввести числа в соответствующие поля и нажать кнопку «Рассчитать».

Пример использования калькулятора

Рассмотрим приближенный пример. Всем известно, что из-за изменения давления скорость химических реакций также изменяется. Уменьшение атмосферного давления высоко в горах не дает альпинистам лакомиться варенной пищей: в разряженной атмосфере температура закипания воды снижается всего на 7 градусов, что замедляет химические реакции приблизительно в 11 раз. Скороварки наоборот повышают давление, увеличивая температуру кипения и ускоряя реакции.

И если мы знаем температуру проведения реакции, а энергию активации можем найти в справочнике, то частоту соударений молекул, к примеру, при варке яиц, мы определить не в состоянии. Известно, что при фиксированной температуре T = 300 K, частота соударения молекул для реакций с молекулярностью n = 1 составляет 1013 − 1014 c-1. Возьмем это число для нашего примера и рассчитаем постоянную скорости реакции для приготовления пищи с энергией активации на уровне 150 кДж/моль. Значение универсальной газовой постоянной известно и уже вшито в код калькулятора. Введем эти данные в калькулятор и получим, что постоянная скорости в этом случае равна 0,0000000000764154 1/с.

Заключение

Уравнение Аррениуса крайне важно для расчетов химической промышленности. Во время протекания реакций при неизменной температуре выделяется тепловая энергия, которая нагревает исходные вещества и может привести к неконтролируемому ускорению реакции. Грамотный расчет уравнений Аррениуса для промышленных процессов позволяет полностью контролировать выделение тепловой энергии и избежать взрыва.