Nopeusvakiot

Nopeusvakiot ovat kemiallisen kinetiikan ilmiöihin liittyviä vakioita, jotka kertovat, kuinka nopeasti reaktio etenee riippuen reagointiaineiden konsentraatioista. Ne ovat kyseisessä reaktiomallissa määrite, joka on spesifi sekä reaktiolle että usein käytetylle lämpötilalle. Nopeusvakioa merkitään kirjaimella k ja se esiintyy nopeuslaissa, jotka yhdistävät reaktionopeuden ja reagoivien aineiden pitoisuudet.

Yleisessä nopeusyhtälössä aA + bB → tuotteet voidaan kirjoittaa nopeasti rate = k [A]^m [B]^n, jossa m ja n ovat reaktion järjestykset suhteessa A ja B:hen. Kokonaisjärjestys on m+n. Merkittävästi, exogeeniset tai ei-eleminaariset reaktiot voivat noudattaa erilaisia järjestyksiä, ja aina järjestyksen arvot eivät välttämättä vastaa stoikiometrisiä kertoimia. Elemetaarisen reaktion tapauksessa stuikiometriset kertoimet voivat vastata järjestyksiä.

Lämpötilan vaikutus: Nopeusvakiot riippuvat voimakkaasti lämpötilasta. Yleinen malli on Arrhenius-yhtälö k = A exp(-Ea/RT), jossa Ea on aktivoituenergia, A on esittäjätekijä ja R on ideaalikaasujen yleinen kaava. Transition state -tiedon (Eyring-yhtälö) tarjoaa toisen tavan kuvata k:n lämpötilariippuvuutta.

Yksiköt ja määrittäminen: Nopeusvakion yksiköt riippuvat reaktion kokonaisjärjestyksestä; esimerkiksi nolla-ordinaarisessa reaktiossa k on M s^-1, ensimmäisen järjestyksen tapauksessa k on s^-1, toisordinaarisessa tapauksessa k on M^-1 s^-1. Nopeusvakioita määritetään kokeellisesti mittaamalla reaktionopeus erilaisten pitoisuuksien vallitessa, esimerkiksi aloite-nopeusmenetelmällä tai sovittamalla tiedot integroituun nopeusyhtälöön lämpötilan funktiona.

Sovelluksia ovat esimerkiksi entsymaattinen kinetiikka, katalyysi, farmakokinetiikka ja reaktorisuunnittelu, joissa k:n tuntemus mahdollistaa reaktioiden nopeuden ennustamisen ja prosessien optimoinnin.