Reaktionsgeschwindigkeit-Rechner
Berechnen Sie Reaktionsgeschwindigkeiten, Geschwindigkeitskonstanten und analysieren Sie die chemische Kinetik
Geschwindigkeitsgesetz: v = k[A]^m[B]^n
Berechnen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit anhand der Geschwindigkeitskonstante und Konzentrationen
Einheiten hängen von der Gesamtreaktionsordnung ab
Halbwertszeit-Rechner
Berechnen Sie die Halbwertszeit basierend auf Reaktionsordnung und Geschwindigkeitskonstante
Konzentration vs. Zeit
Berechnen Sie die Konzentration zum Zeitpunkt t mit integrierten Geschwindigkeitsgesetzen
Arrhenius-Gleichung: k = Ae^(-Ea/RT)
Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante bei verschiedenen Temperaturen
Ergebnis
Berechnungsschritte
Zusätzliche Informationen
Reaktionsordnungen und Geschwindigkeitsgesetze
Reaktionen nullter Ordnung
Geschwindigkeitsgesetz: v = k
Integriertes Geschwindigkeitsgesetz: [A] = [A]₀ - kt
Halbwertszeit: t₁/₂ = [A]₀ / 2k
Einheiten von k: M/s oder M·s⁻¹
Die Geschwindigkeit ist konzentrationsunabhängig. Selten in Lösung, häufig auf Katalysatoroberflächen.
Reaktionen erster Ordnung
Geschwindigkeitsgesetz: v = k[A]
Integriertes Geschwindigkeitsgesetz: ln[A] = ln[A]₀ - kt
Halbwertszeit: t₁/₂ = ln(2) / k = 0,693 / k
Einheiten von k: s⁻¹ oder Zeit⁻¹
Die Halbwertszeit ist konstant (konzentrationsunabhängig). Häufig bei radioaktivem Zerfall und vielen Zersetzungsreaktionen.
Reaktionen zweiter Ordnung
Geschwindigkeitsgesetz: v = k[A]² oder v = k[A][B]
Integriertes Geschwindigkeitsgesetz: 1/[A] = 1/[A]₀ + kt
Halbwertszeit: t₁/₂ = 1 / (k[A]₀)
Einheiten von k: M⁻¹s⁻¹ oder L·mol⁻¹·s⁻¹
Die Halbwertszeit nimmt mit abnehmender Konzentration zu. Häufig bei bimolekularen Reaktionen.
Arrhenius-Gleichung
Die Arrhenius-Gleichung beschreibt, wie die Geschwindigkeitskonstante (k) von der Temperatur abhängt:
k = Ae^(-Ea/RT)
oder ln(k) = ln(A) - Ea/RT
k = Geschwindigkeitskonstante
A = Präexponentieller Faktor (Frequenzfaktor)
Ea = Aktivierungsenergie (J/mol oder kJ/mol)
R = Gaskonstante (8,314 J/(mol·K))
T = Temperatur (Kelvin)
Zwei-Punkte-Form
ln(k₂/k₁) = (Ea/R)(1/T₁ - 1/T₂)
Verwenden Sie diese Form, um Ea aus zwei Geschwindigkeitskonstanten bei verschiedenen Temperaturen zu berechnen
Beispielaufgaben
Beispiel 1: Halbwertszeit erster Ordnung
Aufgabe: Eine Reaktion erster Ordnung hat k = 0,0693 s⁻¹. Wie groß ist die Halbwertszeit?
Lösung:
t₁/₂ = 0,693 / k
t₁/₂ = 0,693 / 0,0693 s⁻¹
t₁/₂ = 10,0 s
Beispiel 2: Konzentration vs. Zeit
Aufgabe: Für eine Reaktion erster Ordnung mit k = 0,05 s⁻¹ und [A]₀ = 1,0 M, bestimmen Sie [A] bei t = 10 s.
Lösung:
ln[A] = ln[A]₀ - kt
ln[A] = ln(1,0) - (0,05)(10)
ln[A] = 0 - 0,5 = -0,5
[A] = e^(-0,5) = 0,607 M
Beispiel 3: Arrhenius-Gleichung
Aufgabe: Berechnen Sie k bei 298 K, wenn Ea = 50 kJ/mol und A = 1,0 × 10¹⁰ s⁻¹.
Lösung:
k = Ae^(-Ea/RT)
k = (1,0×10¹⁰)e^(-50000/(8,314×298))
k = (1,0×10¹⁰)e^(-20,18)
k = 1,78 × 10¹ s⁻¹
Anwendungen der chemischen Kinetik
1. Arzneimittelentwicklung
Das Verständnis der Reaktionskinetik hilft bei der Vorhersage von Arzneimittelstabilität, Haltbarkeit und Stoffwechselraten im Körper. Die Kinetik erster Ordnung beschreibt häufig die Arzneimittelelimination.
2. Lebensmittelwissenschaft
Kinetische Studien bestimmen optimale Lagertemperaturen und sagen den Lebensmittelverderb voraus. Die Arrhenius-Gleichung hilft bei der Schätzung der Haltbarkeit bei verschiedenen Temperaturen.
3. Katalyse
Studien zur Reaktionsgeschwindigkeit zeigen die Wirksamkeit von Katalysatoren und Mechanismen auf. Eine niedrigere Aktivierungsenergie bedeutet schnellere Reaktionen bei gleicher Temperatur.
4. Umweltchemie
Die Kinetik des Schadstoffabbaus hilft bei der Vorhersage von Umweltsanierungszeiten. Das Verständnis der Reaktionsordnungen leitet Sanierungsstrategien.
5. Industrielle Prozesse
Optimierung der Reaktionsbedingungen für maximale Ausbeute und Effizienz. Temperaturkontrolle basierend auf der Aktivierungsenergie reduziert die Energiekosten.
Referenzen
Die Berechnungen zur Reaktionskinetik basieren auf grundlegenden physikalisch-chemischen Prinzipien aus seriösen Quellen:
Hinweis: Diese Berechnungen gehen von idealen Bedingungen und Elementarreaktionen aus. Komplexe Reaktionen können andere Geschwindigkeitsgesetze haben. Die experimentelle Bestimmung der Reaktionsordnung und der Geschwindigkeitskonstanten ist für eine genaue kinetische Analyse unerlässlich. Berücksichtigen Sie stets Faktoren wie Temperaturabhängigkeit und Katalysatoreffekte in realen Systemen.
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