Reaktionsgeschwindigkeits-Konstanten-Schätzer

Reaktionsgeschwindigkeits-Konstanten-Schätzer | Kostenloses Online-Tool | Elysia Tools

Leitfaden zur Tool-Nutzung

Erfahren Sie, wann dieses Tool passt, was es unterstützt und wie Nutzer es anwenden.

Wichtige Fakten

Kategorie: Science & Education
Eingabetypen: number, select
Ausgabetyp: text
Sample-Abdeckung: 4
API bereit: Ja

Überblick

Der Reaktionsgeschwindigkeits-Konstanten-Schätzer berechnet die Geschwindigkeitskonstante $k_2$ bei einer veränderten Temperatur auf Basis der Arrhenius-Quotientenmethode. Durch das Verhältnis zweier Zustände wird der präexponentielle Faktor $A$ mathematisch gekürzt, sodass lediglich ein bekannter Referenzwert $k_1$, die Referenz- und Zieltemperatur sowie die Aktivierungsenergie $E_a$ benötigt werden.

Wann verwenden

Wenn eine Reaktionsgeschwindigkeit für eine neue Betriebstemperatur ohne Kenntnis des Frequenzfaktors A extrapoliert werden soll.
Wenn kinetische Literaturwerte in älteren Einheiten (z. B. kcal/mol) auf moderne SI-Bedingungen umgerechnet werden müssen.
Wenn der Einfluss von Temperaturerhöhungen oder -absenkungen auf die Reaktionsdauer im Labor- oder Technikumsmaßstab evaluiert wird.

So funktioniert es

1Temperatureingaben werden je nach Auswahl in Kelvin umgerechnet ($T \text{ in } \mathrm{K} = T \text{ in } ^\circ\mathrm{C} + 273{,}15$).
2Die Aktivierungsenergie $E_a$ wird einheitlich in Joule pro Mol ($\mathrm{J/mol}$) umgerechnet und intern mit der universellen Gaskonstante $R$ verrechnet.
3Der Arrhenius-Exponent $\Delta = -\frac{E_a}{R} \left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)$ sowie der Faktor $\frac{k_2}{k_1} = e^\Delta$ werden ermittelt.
4Die Zielkonstante $k_2 = k_1 \cdot e^\Delta$ wird ausgegeben und übernimmt dabei die Dimension und Einheit von $k_1$.

Anwendungsfälle

Temperatur-Scale-up in der chemischen Verfahrenstechnik zur Vorhersage von Reaktionszeiten.
Stabilitäts- und Haltbarkeitsprüfungen (beschleunigte Alterung) in der pharmazeutischen Entwicklung.
Kinetische Berechnungen in der physikalischen Chemie und universitären Laborpraktika.

Beispiele

1. Temperatursprung einer homogenen Katalyse

Verfahrenschemiker

Hintergrund

Eine Synthesereaktion läuft bei 25 °C mit einer bekannten Reaktionsgeschwindigkeitskonstante von 0,05 l/(mol·s).

Aufgabe

Zur Durchsatzsteigerung soll die Reaktion bei 50 °C betrieben werden, wobei die Aktivierungsenergie 60 kJ/mol beträgt.

Verwendung

kRef auf 0.05 setzen, tRef auf 298.15 K und tTarget auf 323.15 K definieren, ea auf 60 und eaUnit auf kJ einstellen.

kRef = 0.05, tRef = 298.15 K, tTarget = 323.15 K, ea = 60 kJ/mol

Ergebnis

Der Arrhenius-Faktor beträgt rund 6,50, wodurch sich für k₂ ein Wert von ca. 0,325 l/(mol·s) ergibt.

2. Auswertung historischer Literaturdaten

Reaktionskinetiker

Hintergrund

In älterer Fachliteratur ist eine Aktivierungsenergie von 20 kcal/mol bei 300 K mit k₁ = 1,2×10⁻³ s⁻¹ dokumentiert.

Aufgabe

Die Konstante soll für eine thermische Prozessführung bei 350 K ermittelt werden, ohne manuell Kalorien in Joule umzurechnen.

Verwendung

kRef als 0.0012 eingeben, tRef auf 300 K und tTarget auf 350 K setzen, ea auf 20 und eaUnit auf kcal stellen.

FAQ

Warum wird der präexponentielle Faktor A nicht abgefragt?

Durch die Verhältnisbildung zweier Arrhenius-Gleichungen kürzt sich der Faktor A heraus, sofern er als temperaturunabhängig angenommen wird.

Welche Einheit besitzt die berechnete Geschwindigkeitskonstante k₂?

k₂ erbt exakt die Einheit von k₁, unabhängig davon, ob es sich um eine Reaktion 0., 1. oder 2. Ordnung handelt.

Welche Einheiten für die Aktivierungsenergie Ea werden unterstützt?

Ea kann in Kilojoule pro Mol (kJ/mol), Kilokalorien pro Mol (kcal/mol) oder Joule pro Mol (J/mol) angegeben werden.

Kann die Temperatur in Grad Celsius eingegeben werden?

Ja, über die Temperatureinheiten-Auswahl kann zwischen Kelvin (K) und Celsius (°C) gewählt werden.

Welcher Wert wird für die universelle Gaskonstante R verwendet?

Es wird der Standardwert der idealen Gaskonstante mit R ≈ 8,31446 J/(mol·K) zugrunde gelegt.

kRef = 0.0012, tRef = 300 K, tTarget = 350 K, ea = 20 kcal/mol

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