Arrhenius-Gleichungsrechner

Die Arrhenius-Gleichung beschreibt, wie sich die Geschwindigkeitskonstante vieler chemischer Reaktionen mit der absoluten Temperatur verändert. Ihre bekannte Form lautet k = A mal exp(-Ea geteilt durch RT). Dabei ist k die Geschwindigkeitskonstante, A der präexponentielle Faktor oder Frequenzfaktor, Ea die Aktivierungsenergie, R die molare Gaskonstante und T die Temperatur in Kelvin. Der Rechner verwendet R = 8.314462618 Joule pro Mol Kelvin und wandelt die in Kilojoule pro Mol eingegebene Aktivierungsenergie vor der Exponentialberechnung in Joule pro Mol um. Eine Reaktion muss eine Energiebarriere überwinden, bevor aus Reaktantenmolekülen Produkte entstehen. Der Exponentialterm beschreibt den Anteil ausreichend energiereicher molekularer Begegnungen, während der Frequenzfaktor Stoßhäufigkeit und Orientierung zusammenfasst. Eine höhere Temperatur macht den negativen Exponenten betragsmäßig kleiner, sodass die Geschwindigkeitskonstante meist steigt. Eine höhere Aktivierungsenergie wirkt umgekehrt. Da der Zusammenhang exponentiell statt linear ist, kann schon eine mäßige Temperaturänderung eine Reaktion mit hoher Aktivierungsbarriere stark beeinflussen. Der Rechner stellt dieselbe Gleichung für vier typische Aufgaben um. Er berechnet k direkt aus A, Ea und T. Aus k, A und T bestimmt er die Aktivierungsenergie mit Ea = -RT ln(k/A). A ergibt sich aus k mal exp(Ea geteilt durch RT). Die Zwei-Temperatur-Form berechnet schließlich k2 aus k1 mal exp((Ea/R) mal (1/T1 minus 1/T2)). Wissenschaftliche Notation hält die Ergebnisse auch bei extrem schnellen oder langsamen Reaktionen lesbar. Die Temperatur muss stets absolut sein. Addieren Sie zu Grad Celsius vor der Eingabe 273.15. Auch die Einheiten der Aktivierungsenergie müssen zur Gaskonstante passen; deshalb rechnet die Oberfläche Kilojoule automatisch in Joule um. Die Einheiten von A und k hängen von der Reaktionsordnung ab, auch wenn Beispiele häufig inverse Sekunden für Reaktionen erster Ordnung verwenden. Das Arrhenius-Modell ist eine empirische Näherung innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs. Katalysatoren, Phasen- und Mechanismusänderungen, Diffusionsbegrenzungen und Nicht-Arrhenius-Verhalten können dazu führen, dass ein angepasster Parametersatz außerhalb des Messbereichs ungeeignet ist. Chemiker verwenden Arrhenius-Berechnungen zum Vergleich von Katalysatoren, zur Abschätzung der Lagerstabilität, zur Reaktorauslegung, zur Interpretation beschleunigter Alterungsstudien und zur Bestimmung der Aktivierungsenergie aus experimentellen Geschwindigkeitsdaten. Ein Diagramm von ln(k) gegen die inverse Temperatur sollte annähernd linear sein, wenn ein Mechanismus dominiert. Seine Steigung entspricht -Ea/R. Behalten Sie bei Zwischenschritten genügend signifikante Stellen bei und geben Sie eine Genauigkeit an, die den experimentellen Eingaben entspricht.