Definition der Arrhenius-Gleichung

Candela Rocio Barbisan | Jun. 2022
Chemieingenieur

Diese Gleichung ist eine Modifikation der Van't Hoff-Gleichung und basiert auf empirischen Daten, d. h. Erfahrungen, die durchgeführt und untersucht wurden, um die am besten passende Korrelation zu finden. Ihr Ausdruck wird zusammengefasst zu:

Wobei k die kinetische Konstante der Reaktion ist, A der Frequenzfaktor ist (eine Konstante, die die Häufigkeit von Kollisionen beinhaltet), Ea die ist Energie der Aktivierung (J/mol), die erforderlich ist, um die Reaktion durchzuführen, d Es gibt effektive Kollisionen zwischen Molekülen, R (J/ K.mol) ist die universelle Gaskonstante und T ist die tatsächliche das Temperatur der Reaktion.

Es sei darauf hingewiesen, dass der für eine gegebene Temperatur eindeutige Wert von k aus dem erhalten werden kann Gesetz von Reaktionsgeschwindigkeit des Weiteren:

v sein Geschwindigkeit der Reaktion, für eine Reaktion vom Typ: A + B → C. Wobei n und m die Reaktionsordnungen in Bezug auf A und B sind.

Experimentell wurde beobachtet, dass die Geschwindigkeit von a chemische Reaktion nimmt mit steigender Temperatur zu. Währenddessen steigt die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante mit zunehmender Temperatur und abnehmender Aktivierungsenergie. Wir stellen jedoch fest, dass die Abhängigkeit zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur konstant ist exponentiell, jedoch werden wir oft sehen, dass die Gleichung in ihre logarithmische Form umgewandelt wird, also linearisiert:

Dieses Modell ermöglicht es uns, eine lineare Regression zu finden, bei der die Ordinatenachse durch ln dargestellt wird (k) auf der Abszisse (1/T) mit ln (A) als Ordinate zum Ursprung und ln (A) als Steigung -Ohr.

Anwendbarkeit

Die erste und häufigste Verwendung ist die Bestimmung der Geschwindigkeitskonstante der chemischen Reaktion und, Aus diesem Wert ist es auch möglich (per Speed ​​Law) die Geschwindigkeit zu bestimmen Reaktion. Inzwischen ist die Arrhenius-Gleichung auch nützlich, um die Aktivierungsenergie zu kennen und die Abhängigkeit zwischen beiden Werten zu beobachten.

Wenn beispielsweise Werte von Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten für verschiedene Temperaturen bestimmt wurden, aus der Steigung der Kurve ln (k) vs. (1/T) ist es möglich, den Wert der Aktivierungsenergie der Reaktion zu erhalten.

*Illustration der Arbeit "Forschung Angewendet auf die Mineralverarbeitung und Hydrometallurgie“, veröffentlicht 2015, von der UAdeC

Hier sieht man die oben angesprochene Linearisierung.

Der Wert der Aktivierungsenergie gibt uns eine Vorstellung davon, wie die Geschwindigkeit in Bezug auf Temperaturänderungen reagiert, dh a Hohe Aktivierungsenergie entspricht einer sehr temperaturempfindlichen Reaktionsgeschwindigkeit (mit starker Steigung), wohingegen eine kleine Aktivierungsenergie einer Reaktionsgeschwindigkeit entspricht, die relativ unempfindlich gegenüber Schwankungen der ist Temperatur.

Sind dagegen die Aktivierungsenergie und der Wert der Reaktionsgeschwindigkeit konstant gegeben Temperatur erlaubt das Modell die Vorhersage der Reaktionsgeschwindigkeit bei einer anderen gegebenen Temperatur, da für zwei Bedingungen anders hast du:

In anderen Bereichen, wie der Werkstofftechnik u Lebensmittelwurde diese Gleichung entwickelt und in Modellen implementiert, die es ermöglichen, Eigenschaften und Verhaltensweisen aus Änderungen der Reaktionstemperaturen vorherzusagen.

Ebenso wird diese Gleichung im Bereich der Elektronik zur Untersuchung von Metallhydridbatterien und ihrer Lebensdauer verwendet. Darüber hinaus wurde diese Gleichung entwickelt, um Diffusionskoeffizienten, Kriechraten und andere thermische Modellierungen zu erhalten.

Einschränkungen

Die am weitesten verbreitete Einschränkung dieser Gleichung ist ihre Anwendbarkeit nur in wässrigen Lösungen. Obwohl es für die Anwendung auf Feststoffe modifiziert wurde, wurde es im Prinzip für Lösungen vorgeschlagen, deren Lösungsmittel Wasser ist.

Ebenso ist zu beachten, dass es sich um ein empirisches Modell handelt und nicht exakt, basierend auf vielfältigen Erfahrungen und statistischen Ergebnissen.