Arrhenius-yhtälön määritelmä

Candela Rocío Barbisan | kesäkuuta 2022
Kemian insinööri

Tämä yhtälö on muunnelma Van't Hoff -yhtälöstä ja perustuu empiiriseen dataan, eli kokemuksiin, jotka on suoritettu ja tutkittu löytääkseen parhaiten sopivan korrelaation. Heidän ilmaisu on tiivistetty seuraavasti:

Missä k on reaktion kineettinen vakio, A on taajuustekijä (vakio, joka sisältää törmäystaajuuden), Ea on Energiaa reaktion suorittamiseen tarvittava aktivaatio (J/mol), eli minimienergia, joka tarvitaan reaktion suorittamiseen molekyylien välillä on tehokkaita törmäyksiä, R (J/K.mol) on yleinen kaasuvakio ja T on todellinen kaasuvakio the lämpötila reaktiosta.

On huomattava, että k: n arvo, joka on ainutlaatuinen tietylle lämpötilalle, voidaan saada arvosta Laki / reaktionopeus edelleen:

olla v nopeus reaktion tyyppiä olevalle reaktiolle: A + B → C. Missä n ja m ovat reaktiojärjestykset A: n ja B: n suhteen.

Kokeellisesti havaitaan, että nopeus a kemiallinen reaktio kasvaa lämpötilan noustessa. Samaan aikaan reaktionopeusvakio kasvaa lämpötilan noustessa ja aktivointienergian pienentyessä. Huomaa kuitenkin, että reaktionopeusvakion ja lämpötilan välinen riippuvuus on eksponentiaalinen, mutta monta kertaa näemme yhtälön muokattuna logaritmiseen muotoonsa, joten linearisoitu:

Tämän mallin avulla voimme löytää lineaarisen regression, jossa ordinaatta-akselia edustaa ln (k) ollessaan abskissalla (1/T), jolloin ln (A) on orginaatti ja ln (A) kaltevuus -Korva.

Sovellettavuus

Ensimmäinen ja yleisin käyttötapa on kemiallisen reaktion nopeusvakion määrittäminen ja Tästä arvosta on myös mahdollista (nopeuslain mukaan) määrittää nopeus reaktio. Samaan aikaan Arrhenius-yhtälö on hyödyllinen myös aktivointienergian tuntemiseen ja molempien arvojen välisen riippuvuuden havaitsemiseen.

Esimerkiksi, jos reaktionopeusvakioiden arvot määritettiin eri lämpötiloihin, käyrän jyrkkyydestä ln (k) vs. (1/T) on mahdollista saada reaktion aktivointienergia-arvo.

*Kuva työstä"Tutkimus Sovelletaan mineraalien käsittelyyn ja hydrometallurgiaan", julkaissut vuonna 2015, UAdeC

Tässä näet edellä esitellyn linearisoinnin.

Aktivointienergian arvo antaa meille käsityksen siitä, kuinka nopeus reagoi lämpötilan muutoksiin, eli Korkea aktivointienergia vastaa reaktionopeutta, joka on erittäin herkkä lämpötilalle (jyrkän kaltevuuden kanssa), kun taas pieni aktivointienergia vastaa reaktionopeutta, joka on suhteellisen epäherkkä lämpötila.

Toisaalta, jos aktivointienergia ja reaktionopeusvakion arvo ovat tietyllä lämpötilassa malli mahdollistaa reaktionopeuden ennustamisen toisessa tietyssä lämpötilassa, koska kahdessa tilanteessa sinulla on erilainen:

Muilla aloilla, kuten materiaalitekniikan ja elintarvikkeet, tämä yhtälö on kehitetty ja otettu käyttöön malleissa, jotka mahdollistavat ominaisuuksien ja käyttäytymisen ennustamisen reaktiolämpötilojen muutoksista.

Samoin tätä yhtälöä käytetään elektroniikan alalla metallihydridiakkujen ja niiden käyttöiän tutkimiseen. Lisäksi tämä yhtälö kehitettiin diffuusiokertoimien, virumisnopeuksien ja muun lämpömallinnuksen saamiseksi.

Rajoitukset

Tämän yhtälön laajin rajoitus on sen sovellettavuus vain vesiliuoksiin. Vaikka sitä muutettiin käytettäväksi kiinteisiin aineisiin, sitä ehdotettiin periaatteessa liuoksille, joiden liuotin on vesi.

Samoin on huomattava, että se on empiirinen malli eikä tarkka, joka perustuu useisiin kokemuksiin ja tilastollisiin tuloksiin.