Como calcular o fator de frequência na cinética química

Se você já se perguntou como os engenheiros calculam a resistência do concreto que criam para seus projetos ou como os químicos e os físicos medem a condutividade elétrica dos materiais, grande parte dela se resume à rapidez com que as reações químicas ocorrer.

Descobrir a rapidez com que uma reação acontece significa observar a cinemática da reação. A equação de Arrhenius permite que você faça isso. A equação envolve a função de logaritmo natural e é responsável pela taxa de colisão entre as partículas na reação.

Em uma versão da equação de Arrhenius, você pode calcular a taxa de uma reação química de primeira ordem. As reações químicas de primeira ordem são aquelas em que a taxa de reações depende apenas da concentração de um reagente. A equação é:

OndeKé a constante da taxa de reação, a energia de ativação éE​​_uma(em joules),Ré a constante de reação (8,314 J / mol K),Té a temperatura em Kelvin eUMAé o fator de frequência. Para calcular o fator de frequência

A energia de ativação é a energia que as moléculas do reagente de uma reação devem possuir para que uma reação ocorra, e é independente da temperatura e de outros fatores. Isso significa que, para uma reação específica, você deve ter uma energia de ativação específica, normalmente dada em joules por mol.

A energia de ativação é frequentemente usada com catalisadores, que são enzimas que aceleram o processo de reações. ORna equação de Arrhenius é a mesma constante de gás usada na lei dos gases ideaisPV = nRTpara pressãoPvolumeV, número de molesne temperaturaT​.

As equações de Arrhenius descrevem muitas reações em química, como formas de decaimento radioativo e reações biológicas baseadas em enzimas. Você pode determinar a meia-vida (o tempo necessário para a concentração do reagente cair pela metade) dessas reações de primeira ordem como ln (2) /Kpara a constante de reaçãoK. Alternativamente, você pode usar o logaritmo natural de ambos os lados para alterar a equação de Arrhenius para ln (K​) ​=lnUMA​) ​- E_uma/RT​​.Isso permite calcular a energia de ativação e a temperatura com mais facilidade.

O fator de frequência é usado para descrever a taxa de colisões moleculares que ocorrem na reação química. Você pode usá-lo para medir a frequência das colisões moleculares que têm a orientação adequada entre as partículas e a temperatura apropriada para que a reação possa ocorrer.

O fator de frequência é geralmente obtido experimentalmente para garantir que as quantidades de uma reação química (temperatura, energia de ativação e constante de taxa) se ajustem à forma da equação de Arrhenius.

O fator de frequência é dependente da temperatura e, porque o logaritmo natural da constante de taxaKé linear apenas em um curto intervalo de mudanças de temperatura, é difícil extrapolar o fator de frequência em um amplo intervalo de temperaturas.

Como exemplo, considere a seguinte reação com constante de taxaKcomo 5,4 × 10 ⁻⁴ M ⁻¹s ⁻¹ a 326 ° C e, a 410 ° C, a constante de taxa foi encontrada ser 2,8 × 10 ⁻² M ⁻¹s ⁻¹. Calcule a energia de ativaçãoE_umae fator de frequênciaUMA​.

H₂(g) + I₂(g) → 2HI (g)

Você pode usar a seguinte equação para duas temperaturas diferentesTe constantes de taxaKresolver para energia de ativaçãoE_uma​.

Então, você pode conectar os números e resolver paraE_uma. Certifique-se de converter a temperatura de Celsius para Kelvin adicionando 273 a ela.

Você pode usar qualquer constante de taxa de temperatura para determinar o fator de frequênciaUMA. Conectando os valores, você pode calcularUMA​.