Costante di velocità

Nella cinetica chimica , la costante di velocità (o coefficiente di velocità ) k è una misura della velocità di una reazione chimica .

Per una reazione elementare o un passaggio elementare tra i reagenti A e B , la velocità di reazione dipende dalle concentrazioni. La velocità di reazione in un reattore chiuso nel tempo indicato v (t) può essere determinata dall'espressione:

{\ Displaystyle v (t) = k (T) [A] ^ {m} [B] ^ {n}}

Qui la costante di proporzionalità k ( T ) è la costante di velocità della reazione, che dipende dalla temperatura. [ A ] e [ B ] sono le concentrazioni di A e B . Gli esponenti m e n sono chiamati ordini di reazione parziale . Dipendono dal meccanismo di reazione e possono essere determinati sperimentalmente.

Unità

Le unità della costante di velocità dipendono dall'ordine della reazione complessiva. Se le concentrazioni sono espresse in mol·L −1 (spesso abbreviato M), allora:

per l'ordine ( m + n ), la costante di velocità ha le unità mol 1− ( m + n ) · L ( m + n ) −1 · s −1 ;
per una reazione di ordine zero, la costante di velocità ha le unità mol·L −1 · s −1 (o M · s −1 );
per una reazione del primo ordine, la costante di velocità ha le unità s −1 ;
per una reazione del secondo ordine, le unità sono L · mol −1 · s −1 (o M −1 · s −1 );
e per il terzo ordine, le unità sono L 2 · mol −2 · s −1 (o M −2 · s −1 ).

Dipendenza dalla temperatura

Si dice che il coefficiente di velocità sia costante di velocità perché è indipendente dalle concentrazioni dei reagenti. Tuttavia, varia in funzione della temperatura ( T ), normalmente secondo la legge di Arrhenius .

k = Ae ^ {{\ frac {-E _ {{\ mathrm a}}} {RT}}}

Qui E a è l' energia di attivazione e R è la costante universale dei gas ideali . Alla temperatura T , la funzione esponenziale qui rappresenta la frazione di collisioni molecolari che hanno un'energia maggiore di E a secondo la distribuzione di Boltzmann , in modo che le molecole abbiano energia sufficiente per reagire. Si dice che A sia il fattore pre-esponenziale o il fattore di frequenza (da non confondere con il reagente A).

Reazioni rapide

La costante di velocità di una reazione molto rapida può essere misurata con il metodo del salto di temperatura .