A reakciósebességi állandó egy reakciókinetikai fogalom. A kémiai reakció pillanatnyi sebességét megadó kifejezésben szerepel, mint arányossági tényező:
ahol k a reakciósebességi állandó, cA a kiindulási A komponens pillanatnyi koncentrációja, mol/dm³, r a reakció rendűsége, t az idő, s
A definícióegyenlet alapján a k sebességi állandó értéke a reakcióban átalakuló anyag t idő alatt bekövetkező koncentrációváltozásával egyezik meg, ha a kiinduló anyagok koncentrációja egységnyi. Az alábbi összefüggések megadják a sebességi állandó kifejezéseit különböző rendű reakciók esetén.
0. rendű kémiai reakció: dimenziója:
1. rendű kémiai reakció: dimenziója:
2. rendű kémiai reakció: dimenziója:
r. rendű kémiai reakció: r ≠ 1
dimenziója:
A kémiai reakció sebességi állandójáról általánosságban az mondható, hogy értéke koncentrációfüggő, annak az (r−1)-dik hatványával fordítottan arányos.
A reakciósebességi állandó hőmérsékletfüggése bélyegkép|160px|Svante August Arrhenius (1859-1927) svéd fizikus és kémikus
A kémiai reakciók – és általában az atomok, a molekulák mozgásával összefüggő folyamatok – sebessége nő a hőmérséklet növelésével.Erdey-Grúz Tibor: Fizikai kémia alapjai. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963.Berecz Endre: Fizikai kémia. Tankönyvkiadó, Budapest, 1991.Atkins, P. W.: Fizikai kémia III. Nemzeti Tankönyvkiadó Rt. Budapest, 2002. Az ún. egyszerű reakciók sebessége tapasztalat szerint 2-4-szeresére növekszik 10 °C hőmérséklet-emelkedés hatására. A hőmérséklet okozta sebességnövekedés tehát igen rohamos. Ha átlagosan 3-szorosnak vesszük, akkor 100 °C-os hőmérséklet-emelkedés hatására a reakciósebesség 310-szeresére növekszik. Ez kerekítve 100 000-szeres értéket jelent.
A kémiai folyamatok sebességére vonatkozó kísérleti vizsgálatokból megállapítható, hogy a reakciók sebessége exponenciális függvény szerint nő a hőmérséklettel. Ez azt jelenti, hogy a sebességi állandó logaritmusa lineárisan változik a hőmérséklet reciprokával:
. ahol k a reakciósebességi állandó, α és β pedig a hőmérséklettől független állandó.
Ez az Arrhenius-féle tapasztalati törvény, amelyet Svante August Arrhenius svéd kémikus 1899-ben alkotott meg.
Az aktiválási elmélet bélyegkép|jobbra|400px|Az eredményes ütközéshez a molekuláknak aktív állapotba kell jutni, többletenergiával kell rendelkezni bélyegkép|jobbra|400px|A küszöbenergia és az átlagos energia közötti különbség az aktiválási energia A kémiai átalakulásokhoz a kiindulási anyagok molekuláinak ütközniük kell egymással. A kinetikus gázelmélet alapján kiszámítható, hogy a gázreakciók esetén a hőmozgás következtében légköri nyomáson és szobahőmérsékleten minden gázmolekula átlagosan ~ 109-szer ütközik másodpercenként. A nagyszámú ütközésnek csak igen kicsi hányada vezet kémiai átalakulásra, mert csak azok a molekulák képesek reakcióba lépni, amelyeknek az energiája határozott értékkel nagyobb, az adott hőmérsékletnek megfelelő átlagértéknél. Csak ezek az ún. aktivált – az aktiválási energiával nagyobb energiájú – molekulák képesek egymással reakcióba lépni. Kémiai reakció esetén a részecskéknek ütközéskor egy minimális energiánál (küszöbenergia) nagyobbal kell rendelkezniük, hogy az ütközés eredményes legyen. Az átlagos energia és az ún. küszöbenergia közötti különbséget nevezzük aktiválási energiának. Ha az ütközéskor a reakció bekövetkezik, az aktiválási energia felszabadul és újabb molekulák számára tovább adódik.
Maxwell–Boltzmann-féle sebesség- és energia-eloszlás alapján megadható az aktív molekulák koncentrációja, abból pedig a reakciósebességi állandó hőmérsékletfüggése:
amely kifejezésben: A a preexponenciális tényező, amely az ütközési elmélet szerint az ütközési számmal arányos mennyiség, E‡ az aktiválási energia, J/mol, R az egyetemes gázállandó, 8,314 J/(K·mol), T az abszolút hőmérséklet, K k a reakciósebességi állandó.
Jegyzetek
Kapcsolódó szócikkek Felezési idő
Kategória:Reakciókinetika