Diagrama de Arrhenius

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En cinética química, un diagrama de Arrhenius muestra el logaritmo de una constante de velocidad de reacción, ( ln ( k ) {\displaystyle \ln(k)} \ln(k), eje de ordenadas) trazado contra el recíproco de la temperatura ( 1 / T {\displaystyle 1/T} 1/T, abscisas). Los gráficos de Arrhenius se utilizan a menudo para analizar el efecto de la temperatura en las tasas de las reacciones químicas. Para un proceso de velocidad limitada activado térmicamente, una gráfica de Arrhenius da una línea recta, a partir de la cual se pueden determinar tanto la energía de activación como el factor preexponencial.

La ecuación de Arrhenius puede darse en la forma: que

k = A exp ( – E a R T ) o A exp ( – E a k B T ) {\displaystyle k=A\exp \left({\frac {-E_{a}}{RT}}right){\text{ o }A\exp \left({\frac {-E_{a}}{k_{B}}right)} {pantalla} k=Aexp \\a izquierda({\frac {E_{a}}{RT}}d}}{texto}{o}Aexp \a izquierda({\frac {E_{a}}{k_{B}}d}}d}}

Donde:

k {{pantalla}{pantalla} {439> = Constante de velocidad A. k = Constante de velocidad A {\displaystyle A} A = Factor preexponencial E a {\displaystyle E_{a}} E_{a} = Energía de activación k B {\displaystyle k_{B}} k_{B} = Constante de Boltzmann R {\displaystyle R} R = Constante de los gases, equivalente a k B {{displaystyle k_{B}} k_{B} veces la constante de Avogadro. T {\displaystyle T} T = Temperatura absoluta, K

La única diferencia estriba en las unidades de energía: la primera forma utiliza energía/mol, lo que es habitual en química, mientras que la segunda forma utiliza directamente la energía a escala de las partículas individuales, lo que es habitual en física.Las diferentes unidades se tienen en cuenta al utilizar la constante de los gases R {{displaystyle R} R o la constante de Boltzmann k B {{displaystyle k_{B}} k_{B}.

Tomando el logaritmo natural de la primera ecuación se obtiene.

ln ( k ) = ln ( A ) – E a R ( 1 T ) {{displaystyle \ln(k)=\ln(A)-{frac {E_{a}{R}}left({\frac {1}{T}}right)} \ln(k)={ln(A)-{{frac {E_{a}}{R}{izquierda({{frac {1}{T}}{derecha)

Cuando se traza de la manera descrita anteriormente, el valor de la intersección y (en x = 1 / T = 0 {\displaystyle x=1/T=0} x=1/T=0) corresponderá a ln ( A ) {\displaystyle \ln(A)} \ln(A), y la pendiente de la recta será igual a – E a / R {\displaystyle -E_{a}/R} -E_{a}/R. Los valores de la intersección y la pendiente pueden determinarse a partir de los puntos experimentales utilizando una regresión lineal simple con una hoja de cálculo.

El factor preexponencial, A, es una constante empírica de proporcionalidad que ha sido estimada por diversas teorías que tienen en cuenta factores como la frecuencia de colisión entre las partículas que reaccionan, su orientación relativa y la entropía de activación.

La expresión e x p ( – E a / R T ) {\displaystyle exp(-E_{a}/RT)} {{displaystyle exp(-E_{a}/RT)} representa la fracción de las moléculas presentes en un gas que tienen energías iguales o superiores a la energía de activación a una temperatura determinada. En casi todos los casos prácticos, E a ≫ R T {\displaystyle E_{a}\gg RT} {displaystyle E_{a}\gg RT}, por lo que esta fracción es muy pequeña y aumenta rápidamente con T. En consecuencia, la constante de velocidad de reacción k aumenta rápidamente con la temperatura T, como se muestra en el gráfico directo de k contra T. (Matemáticamente, a temperaturas muy altas para que E a ≪ R T {{displaystyle E_{a}\ll RT}} {displaystyle E_{a}\ll RT}, k se nivelaría y se acercaría a A como límite, pero este caso no se da en condiciones prácticas.)