Arrheniusrelaties

Arrheniusrelaties verwijzen naar wiskundige verbanden die de temperatuurafhankelijkheid van tempo‑ of transportparameters uitdrukken volgens de benadering van Svante Arrhenius. Ze vormen een fundamenteel gereedschap in chemische kinetiek en materiaalkunde om te begrijpen hoe processen sneller of langzamer verlopen bij verschillende temperaturen.

De meest gebruikte vorm in chemische kinetiek is k = A exp(-Ea/(RT)), waarbij k de reactie- of snelheidconstante is, A de voor-exponentiële factor, Ea de activeringsenergie, R de gasconstante en T de temperatuur in Kelvin. Voor logaritmische weergave geldt bijvoorbeeld log10 k = log10 A - Ea/(2.303 RT). In praktische toepassingen levert een Arrheniusplot, een grafiek van ln k versus 1/T, een rechte lijn op met helling -Ea/R, waarmee Ea uit de gegevens kan worden afgeleid.

Naast chemische reacties komen Arrheniusrelaties ook voor in andere processen met thermisch geactiveerde transporten, zoals de elektrische geleidbaarheid σ = σ0 exp(-Ea/(RT)) en diffusiecoefficiënten D = D0 exp(-Ea/(RT)). Deze formuleringen illustreren hoe een activatiedrempel het tempo van processen bepaalt.

Beperkingen bestaan wanneer Ea niet constant is of wanneer meerdere stappen de snelheid bepalen; op extreem hoge of lage temperaturen kunnen afwijkingen optreden. Er bestaan ook modificaties van de Arrheniusrelatie waarin Ea en/of A temperatuurafhankelijk zijn. Over het algemeen bieden Arrheniusrelaties een compacte manier om activeringsbarrières te kwantificeren en parameters uit experimentele data te halen.