رابطه بین فعال سازی انرژی و نرخ ثابت در نرخ قوانین

گرایشات شیمیایی نرخ هایی را که در آن واکنش ها اتفاق می افتد و عواملی که بر این نرخ ها تأثیر می گذارند، بررسی می کنند و دو مفهوم مرکزی در این زمینه انرژی فعال هستند و میزان ثابت بودن ارتباط بین آنها، که توسط معادله Arrhenius به دست می آید، چارچوب قدرتمندی برای درک و پیش بینی اینکه چگونه واکنش به سرعت ادامه می یابد، این مقاله در این رابطه گسترش می یابد، تجزیه به تئوری اساسی، و تحلیل و تحلیل و تحلیل و تحلیل در روش های دستکاری در تنظیمات آزمایشگاهی و تحلیل و تحلیل و تحلیل در نرخ های صنعتی.

انرژی فعال سازی چیست؟

انرژی فعال سازی، نشان داده شده Ea ، حداقل انرژی است که مولکول های واکنش دهنده باید برای انجام یک برخورد موفق که منجر به تشکیل محصول می شود، در چشم انداز بالقوه انرژی واکنش شیمیایی، Ea نشان دهنده ارتفاع مانع بین واکنش دهندگان و حالت انتقال - یک پیکربندی با انرژی بالا، که باید بی ثبات قبل از اینکه به شکل اولیه انرژی برسد، حتی ممکن است واکنش های بسیار خاصی را برطرف کند؛ حتی بدون اینکه واکنش های جدید را ایجاد کند.

نظریه ی Collision و موانع فعال کننده

بر اساس نظریه برخورد، برای یک واکنش به وقوع، مولکول ها باید با انرژی خویشاوندی کافی برای برابر یا بیش از انرژی فعال کننده برخورد کنند، علاوه بر این، این برخورد باید با جهت گیری صحیح رخ دهد.تنها آن برخورد هایی که هر دو معیار را برآورده می کنند، بخش برخورد با انرژی Ea با دمای بالا می رود.

کشور انتقالی

حالت انتقال یک نوع زودگذر و با انرژی بالا از اتم ها است که در آن پیوندهای قدیمی تا حدودی شکسته و اوراق قرضه جدید به طور جزئی تشکیل شده است، این گونه یک گونه قابل تحمل نیست، بلکه یک نقطه زین در سطح انرژی بالقوه است، انرژی فعال سازی تفاوت در انرژی بین واکنش دهندگان و این انتقال است.

نرخ ثابت و نقش آن در قوانین نرخ

نرخ ثابت (FLT:0 یک عامل تناسبی است که نرخ واکنش را به غلظت های واکنش دهنده که در قانون نرخ بیان شده است، متصل می کند. [۳] واکنش عمومی A + B [به سرعت] محصولات، نشان دهنده واکنش k = k [۱] [F[۳] به شدت انرژی [۳] است؛ در حالی که یک سیگنال های کوچک و (۰) به طور معمول، مقدار مقدار مقدار مقدار (۲) و (۲) به طور معمول، یک واکنش های کوچک، یک واکنش k = ۰.۵) و (۱) و (۲) به طور معمول، نشان می دهد، نشان می دهد، که یک واکنش های درجه ۲) و (۲) و (۲) یک واکنش های کوچک، یک واکنش های کوچک، یک واکنش به طور معمول نشان دهنده ی (۲) یک واکنش به طور معمول نشان دهنده ی واکنش به طور معمول نشان دهنده ی (۱) واکنش به طور معمول نشان دهنده ی (۱) واکنش های کوچک، یک واکنش به طور معمول نشان دهنده ی واکنش های کوچک، مقدار سرعت، نشان دهنده ی یک واکنش های کوچک (۱) واکنش به طور معمول، مقدار فعال کننده ی واکنش به طور معمول، مقدار فعال کننده ی یک واکنش به

ثابت های نرخ به صورت آزمایشی تعیین می شوند، اغلب با اندازه گیری کاهش غلظت واکنش گرا یا افزایش غلظت محصول در طول زمان در دمای ثابت ضروری هستند.

رابطه بین فعال سازی انرژی و ثابت بودن نرخ، به طور عمده توسط معادله Arrhenius بیان می شود.[۱۰]

[[۱] [۱۰] = [۱] [۱] [۱] [۱] [۱]] [۲] [۲] [۲] [۱۰] [۱] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۳] [۲] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [[[[[[[[[[[۳] [۱] [۱] [۳] [۲] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۲] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۲] [۲] [۳] [۳] [۲] [۲] [۲] [۱]

کجا:

  • عامل پیش از وقوع (همچنین عامل فرکانس نامیده می شود)، که فرکانس برخورد و احتمال جهت گیری مناسب را تشکیل می دهد.
  • انرژی فعال در جوول در هر مول (J /mol) یا کیلوژول در هر مول (kJ /mol) است.
  • R ثابت گاز جهانی (8.314 J /mol)K است.
  • [در این میان] [از این رو] [به جز] [و] [به جز] [و]] [و [از این رو] دمای مطلق در کلوین [در برابر] است.

واژه ی نمایی -Ea/(RT) نشان دهنده ی بخش کوچکی از مولکول ها با انرژی کافی برای غلبه بر موانع فعال سازی است، زیرا Ea افزایش می یابد، این کسری کاهش می یابد، که منجر به یک نرخ کوچکتر و یک واکنش کندتر می شود.

شکل خطی و تعیین کننده گرافیکی

معادله Arrhenius اغلب با گرفتن لگاریم طبیعی هر دو طرف خطی می شود:

[[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۲] [۲] [۲] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۳] [۲] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۳] [۳] [۱] [۲] [۱] [۱]

این یک خط مستقیم زمانی که ln k در برابر 1 / T ترسیم شده است، با شیب -Ea / R و رهن A. با انجام آزمایش در دماهای مختلف و اندازه گیری k، می تواند Ea را از شیب تعیین کند.این تکنیک به طور گسترده در گرایش های شیمیایی برای تعیین مانع انرژی یک واکنش استفاده می شود.

چگونه فعال سازی انرژی به طور مستقیم بر نرخ ثابت تأثیر می گذارد

از معادله، روشن است که حتی یک تغییر کوچک در انرژی فعال سازی می تواند تاثیر قابل توجهی بر k داشته باشد، زیرا این رابطه به صورت نمایی است، کاهش فقط 10 kJ /mol در Ea می تواند میزان ثابت را با یک اندازه در دمای اتاق افزایش دهد.این حساسیت به این دلیل است که کاتالیزور - که Ea را بدون مصرف - بسیار قدرتمند است.

دمای هوا وابسته

دما همچنین تأثیر قوی ای را اعمال می کند. بالا بردن T باعث افزایش انرژی خویشاوندی مولکول ها می شود، بنابراین یک کسر بزرگتر می تواند بر موانع غلبه کند. معادله Arrhenius این را اندازه گیری می کند: برای یک Ea ثابت، k به عنوان T افزایش می یابد، با این حال، اثر بیشتر برای واکنش های فعال سازی بالا تلفظ می شود.این توضیح می دهد که چرا برخی از واکنش ها به سختی تحت تاثیر دما قرار می گیرند در حالی که برخی دیگر هنگامی که به شدت در هنگام گرم شدن، سرعت می شوند.

کاتالیز و کاهش انرژی فعال سازی

کاتالیزورها یک مسیر واکنش جایگزین با انرژی فعال سازی پایین تر فراهم می کنند، آنها اغلب با تشکیل اوراق قرضه موقت با واکنش دهندگان کار می کنند، تثبیت وضعیت انتقال. انزیس در سیستم های بیولوژیکی کاتالیزورهای فوق العاده ای هستند که Ea را به نزدیک صفر برای واکنش های خاص کاهش می دهند، و اجازه می دهند زندگی در دمای متوسط ادامه یابد.

مفاهیم عملی در علم و صنعت

درک رابطه Ea-k شیمی دانان و مهندسان را قادر می سازد تا به طور عمدی نرخ واکنش را کنترل کنند.در تولید دارویی، کاهش انرژی فعال از طریق کاتالیزورها می تواند نیاز به دمای بالا را کاهش دهد، صرفه جویی در انرژی و جلوگیری از تخریب ترکیبات حساس.در شیمی زیست محیطی، دانش انرژی فعال سازی به پیش بینی پایداری آلودگی ها و استراتژی های اصلاح طراحی کمک می کند.

واکنش های آنزیمی و سیستم های بیولوژیکی

آنزیم ها انرژی فعال سازی واکنش های بیوشیمیایی را کاهش می دهند، اغلب با بیش از 100 [[ویرایش] {J/mol.} این اجازه می دهد تا فرآیندهای متابولیک با سرعت سازگار با زندگی رخ دهند. مجتمع آنزیم-فرستاتیک حالت انتقال را تثبیت می کند، به طور موثر کاهش Ea.2-Menten سرعت واکنش را به غلظت بستر، اما ثابت اساسی (FLT0 [FLT] [Fcat1] به طور مستقیم یک معادله عمیق تر از ALT1، به یک معادله نگاه می کند.

علم مواد و ثبات

در علم مواد، میزان انتشار، خوردگی یا تحول فاز نیز توسط انرژی فعال سازی اداره می شود، به عنوان مثال، پیری پلیمرها یا خزیدن فلزات تحت استرس به دنبال یک رفتار شبیه Arrhenius است.

تعیین تجربی انرژی فعال سازی و سرعت ثابت

به طور آزمایشی، باید نرخ واکنش را در دمای مختلف اندازه گیری کند تا روش های مشترک Ea را به دست آورد:

  • روش نرخ بهره: اندازه گیری نرخ اولیه واکنش در دماهای مختلف و از قانون نرخ بهره.
  • قوانین نرخ امتیاز: [FLT 1] برای واکنش با دستور ساده، نظارت بر تمرکز در طول زمان در دمای ثابت؛ متناسب با فرم یکپارچه برای گرفتن k.
  • نظارت بر اسپکتوسکوپی: [FLT 1] پیگیری جذب، آنفولانزا و یا سیگنال های NMR در طول زمان برای پیگیری تغییرات غلظت.

هنگامی که مقادیر k در سه یا بیشتر دما به دست می آید، یک بازگشت خطی از ln k در مقابل 1 / T Ea و A. نرم افزار مدرن می تواند عدم اطمینان و متناسب با وزن را مدیریت کند. این روش قوی است اما نیاز به کنترل دقیق دما و اندازه گیری دقیق تمرکز دارد.

محدودیت ها و اصلاحات

معادله Arrhenius فرض می کند که عامل پیش از وقوع A مستقل از دما است که به شدت درست نیست، درمان های پیشرفته تر مانند معادله Eyring از نظریه دولتی انتقال شامل آنتروپی فعال سازی و ارائه یک تصویر کامل تر شیمیایی در مورد اهداف عملی، مدل Arrhenius یک تقریب عالی در مورد محدوده های دمای متوسط است.

نتیجه گیری

رابطه بین فعال سازی انرژی و ثابت نرخ سنگ بنایی از گرایش های شیمیایی است. معادله Arrhenius کمی نشان می دهد که یک انرژی فعال کننده پایین یا یک دمای بالاتر نرخ ثابت را افزایش می دهد و در نتیجه سرعت واکنش به دانشمندان و مهندسان اجازه می دهد تا میزان واکنش را از طریق کاتالیزور، کنترل دما و طراحی مسیر دستکاری کنند.

برای مطالعه بیشتر در مورد قوانین نرخ و آداب و رسوم، Encyclopædia Britannica ارائه می دهد مقدمه ای جامد .