MolDraw › أدوات الكيمياء › حاسبة قانون السرعة ومعادلة أرينيوس

حاسبة قانون السرعة ومعادلة أرينيوس

باختصار: حاسبة قانون السرعة ومعادلة أرينيوس: قوانين السرعة المتكاملة وأعمار النصف للرتب الصفرية والأولى والثانية، ورتبة التفاعل من السرعات الابتدائية أو بيانات التركيز–الزمن، وطاقة التنشيط من معادلة أرينيوس. الأداة مجانية وتعمل في متصفح الويب دون الحاجة إلى تنزيل.

ثلاث حاسبات في أداة واحدة. حلّ قوانين السرعة المتكاملة لإيجاد [A] أو [A]₀ أو k أو t مع أعمار النصف. أوجد رتب التفاعل وk (مع الوحدات) من تجارب السرعات الابتدائية، أو اختبر بيانات التركيز–الزمن للرتبة الصفرية أو الأولى أو الثانية. واستخدم معادلة أرينيوس لإيجاد Ea أو k أو T، بوحدة °C أو K.

إجابة سريعة: الرتبة الأولى: ln([A]₀/[A]) = kt وt½ = 0.693/k. إذا تضاعفت السرعة أربع مرات بين 293 K و313 K فإن Ea = 52.9 kJ/mol من ln(k₂/k₁) = (Ea/R)(1/T₁ − 1/T₂).

املأ ثلاث قيم واترك القيمة التي تريد إيجادها فارغة.

قوانين السرعة المتكاملة وأعمار النصف

الرتبةقانون السرعةالصيغة المتكاملةالرسم الخطي المستقيمعمر النصفوحدات k
صفريةrate = k[A] = [A]₀ − kt[A] مقابل t، الميل −k[A]₀ / 2kM s⁻¹
أولىrate = k[A]ln[A] = ln[A]₀ − ktln[A] مقابل t، الميل −k0.693 / ks⁻¹
ثانيةrate = k[A]²1/[A] = 1/[A]₀ + kt1/[A] مقابل t، الميل +k1 / (k[A]₀)M⁻¹ s⁻¹

للرتبة الكلية p تكون وحدات k هي M1−p time⁻¹. وكثيرًا ما تُكتب تفاعلات الرتبة الأولى باستخدام log₁₀: k = (2.303/t) log([A]₀/[A]).

طريقة السرعات الابتدائية

قارن تجربتين يتغير فيهما تركيز واحد فقط. إذا ضُوعف [A] فتضاعفت السرعة 4 مرات، فإن 2m = 4 وm = 2. وعمومًا m = log(نسبة السرعتين) / log(نسبة التركيزين). وتواءم الحاسبة أيضًا كل التجارب معًا بطريقة المربعات الصغرى على ln(rate) = ln k + m ln[A] + n ln[B]، وتقرّب الرتب التي تقع ضمن 0.1 من عدد صحيح أو نصف عدد، ثم تحسب متوسط k على كل التجارب.

معادلة أرينيوس

k = A·e^(−Ea/RT) ln k = ln A − (Ea/R)(1/T) ln(k₂/k₁) = (Ea/R)(1/T₁ − 1/T₂)

R = 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹. رسم ln k مقابل 1/T خط مستقيم ميله −Ea/R. وبصيغة log₁₀: log(k₂/k₁) = Ea/(2.303R) × (T₂ − T₁)/(T₁T₂).

أمثلة محلولة

تحلل من الرتبة الأولى

يتحلل N₂O₅ بثابت k = 6.2 × 10⁻⁴ s⁻¹. [A]₀ = 0.050 M. أوجد [A] بعد 600 s.

[A] = 0.050 × e^(−6.2 × 10⁻⁴ × 600) = 0.050 × e^(−0.372)

[A] = 0.0345 M

اكتمال 75% (بأسلوب NEET)

يكتمل تفاعل من الرتبة الأولى بنسبة 75% في 40 min. أوجد t½.

اكتمال 75% = عمرا نصف، لذا t½ = 40/2. للتحقق: k = ln 4 / 40 = 0.0347 min⁻¹.

t½ = 20 min

الرتبة الثانية

التفاعل 2NO₂ → 2NO + O₂ من الرتبة الثانية بثابت k = 0.50 M⁻¹ s⁻¹. كم يستغرق انخفاضه من 0.010 M إلى 0.0010 M؟

t = (1/0.0010 − 1/0.010) / 0.50 = 900 / 0.50

t = 1800 s (30 min)

السرعات الابتدائية (بأسلوب AP)

التجربة 1: [A] 0.10، [B] 0.10، السرعة 2.0 × 10⁻³. التجربة 2: [A] 0.20، السرعة 8.0 × 10⁻³. التجربة 3: [B] 0.20، السرعة 4.0 × 10⁻³.

مضاعفة [A] تعطي ×4، لذا m = 2. ومضاعفة [B] تعطي ×2، لذا n = 1. k = 2.0 × 10⁻³ / (0.10² × 0.10)

rate = k[A]²[B]، k = 2.0 M⁻² s⁻¹

طاقة التنشيط (NCERT)

تتضاعف السرعة أربع مرات عندما ترتفع T من 293 K إلى 313 K. أوجد Ea.

Ea = 8.314 × ln 4 / (1/293 − 1/313) = 8.314 × 1.386 / 2.181 × 10⁻⁴

Ea = 52.9 kJ/mol

قاعدة «السرعة تتضاعف كل 10 °C»

تتضاعف السرعة بين 25 °C و35 °C.

Ea = 8.314 × ln 2 / (1/298.15 − 1/308.15)

Ea ≈ 52.9 kJ/mol

الوحدات والأخطاء الشائعة

هل ترسم آليات التفاعلات؟ ارسم المركبات الوسطية والحالات الانتقالية ومخططات الطاقة في MolDraw، المحرر المجاني للبنى الكيميائية عبر الإنترنت.

افتح محرر MolDraw

الأسئلة الشائعة

كيف أجد رتبة التفاعل من السرعات الابتدائية؟

اختر تجربتين يتغير فيهما تركيز واحد فقط. الرتبة = log(rate₂/rate₁) / log(conc₂/conc₁). إذا ضاعفت تركيزًا فتضاعفت السرعة فالرتبة أولى؛ وإذا تضاعفت ×4 فالرتبة ثانية؛ وإذا لم تتغير فالرتبة صفرية.

كيف أعرف الرتبة من بيانات التركيز–الزمن؟

ارسم [A] وln[A] و1/[A] مقابل الزمن. الرسم الذي يعطي خطًا مستقيمًا يبيّن الرتبة: صفرية أو أولى أو ثانية. وتقارن الحاسبة قيم R² للمواءمات الثلاث.

ما وحدات ثابت السرعة؟

للرتبة الكلية n تكون وحدات k هي M^(1−n) time⁻¹. الرتبة الصفرية: M s⁻¹. الأولى: s⁻¹. الثانية: M⁻¹ s⁻¹. الثالثة: M⁻² s⁻¹.

كيف أحسب طاقة التنشيط من درجتي حرارة؟

استخدم Ea = R ln(k₂/k₁) / (1/T₁ − 1/T₂) مع T بالكلفن وR = 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹. إذا تضاعفت السرعة أربع مرات من 293 K إلى 313 K فإن Ea = 52.9 kJ/mol.

ما عمر النصف لتفاعل من الرتبة الأولى؟

t½ = ln 2 / k ≈ 0.693/k. ولا يعتمد على التركيز الابتدائي. وبعد n من أعمار النصف يتبقى (1/2)ⁿ من المادة المتفاعلة.

لماذا يضاعف ارتفاع درجة الحرارة 10 °C السرعة تقريبًا؟

للتفاعلات التي تبلغ Ea لها نحو 50 kJ/mol قرب درجة حرارة الغرفة، تتنبأ معادلة أرينيوس بزيادة تقارب الضعف لكل 10 °C. وهي قاعدة تقريبية وليست قانونًا.

أدوات كيمياء ذات صلة

آخر تحديث: