Równanie Arrheniusa wiąże energię aktywacji i stałą szybkości, k, dla reakcji chemicznych. W równaniu Arrheniusa k = Ae−Ea/RT, R jest stałą gazu idealnego, która ma wartość 8,314 J/mol·K, T jest temperaturą w skali kelvina, E a jest energią aktywacji w J/mol, e jest stałą 2,7183, a A jest stałą zwaną współczynnikiem częstotliwości, co jest związane z częstotliwością zderzeń i orientacją reagujących cząsteczek.
Równanie Arrheniusa można wykorzystać do obliczenia energii aktywacji reakcji na podstawie eksperymentalnych danych kinetycznych. Wygodnym podejściem do określania Ea dla reakcji jest pomiar k w dwóch lub więcej różnych temperaturach. Wykorzystuje zmodyfikowaną wersję równania Arrheniusa, która przyjmuje postać równania liniowego:
Wykres ln k w funkcji 1/T jest liniowy z nachyleniem równym −Ea/R i punktem przecięcia z osią y równym ln A.
Rozważ następującą reakcję:
Energię aktywacji tej reakcji można określić, jeśli zmiana stałej szybkości wraz z temperaturą jest znana z danych kinetycznych reakcji, jak pokazano.
Temperatura (K) | Stała szybkości (L/mol/s) |
555 | 3.52 × 10–7 |
575 | 1.22 × 10–6 |
645 | 8.59 × 10–5 |
700 | 1.16 × 10–3 |
781 | 3.95 × 10–2 |
Dostarczone dane można wykorzystać do wyprowadzenia wartości odwrotności temperatury (1/T) i logarytmu naturalnego k (ln k).
1/T (K–1) | ln k |
1.80 × 10–3 | –14.860 |
1.74 × 10–3 | –13.617 |
1.55 × 10–3 | –9.362 |
1.43 × 10–3 | –6,759 |
1.28 × 10–3 | –3.231 |
Po wykreśleniu pochodnych punktów danych za pomocą ln k w stosunku do 1/T generowany jest wykres liniowy przedstawiający liniową zależność między ln k a 1/T, jak pokazano.
Nachylenie linii, które odpowiada energii aktywacji, można oszacować przy użyciu dowolnych dwóch par danych doświadczalnych.
Alternatywne podejście do wyprowadzania energii aktywacji polega na wykorzystaniu stałej szybkości w dwóch różnych temperaturach. W tym podejściu równanie Arrheniusa jest przegrupowywane do wygodnej postaci dwupunktowej:
Po przegrupowaniu równania generowane jest wyrażenie dla energii aktywacji.
Podstawiając dowolne dwie pary danych i dokonując dalszych obliczeń, uzyskuje się wartość energii aktywacji w dżulach na mol lub kilodżulach na mol.
To alternatywne podejście dwupunktowe daje taki sam wynik, jak podejście graficzne. Jednak w praktyce podejście graficzne zazwyczaj zapewnia bardziej wiarygodne wyniki podczas pracy z rzeczywistymi danymi eksperymentalnymi.
Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/12-5-collision-theory”>Openstax, Chemia 2e, Sekcja 12.5: Teoria zderzeń.
Chemical Kinetics
48.1K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
22.2K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
27.9K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
51.9K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
32.3K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
32.3K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
79.1K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
35.5K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
23.7K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
30.2K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
25.4K Wyświetlenia
Chemical Kinetics
78.3K Wyświetlenia