Reaktionskinetik Simulator

Interaktiver Simulator für Reaktionsgeschwindigkeit und Kollisionstheorie - Particle und Temperatursimulationen

Temperatur und Teilchengeschwindigkeit

Untersuchen Sie, wie die Temperatur die durchschnittliche Geschwindigkeit der Teilchen beeinflusst.

Temperatur (K): 300 K

Anzahl Teilchen: 200

Simulation starten:

Mittlere Geschwindigkeit: 580 m/s

Stöfrequenz: 2.3 × 10⁹ s⁻¹

Maxwell-Boltzmann Verteilung: Aktiv

Kollisionstheorie

Visualisieren Sie erfolgreiche und unvollständige Stöe zwischen Teilchen.

Stöquerschnitt: 0.5

Konzentration (mol/L): 1.0 mol/L

Effektiver Querschnitt (Å²): 1.0 Å²

Reaktion starten:

Gesamte Stöe

Effektive Stöe

Reaktionsgeschwindigkeit

0.0

Arrhenius-Gleichung

k = A × e^-E_a/RT - Bestimmen Sie die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante.

k = A × e^{-E_a / (R × T)}

k: Reaktionsgeschwindigkeitskonstante

A: Stoßfaktor (Präexponentialfaktor)

E_a: Aktivierungsenergie (J/mol)

R: Gaskonstante (8.314 J/mol·K)

T: Temperatur (K)

Aktivierungsenergie (kJ/mol):

Präexponentialfaktor (log A):

Temperaturbereich (K):

Min:

Max:

Anzahl Temperaturpunkte:

Arrhenius-Plot

ln(k)

1/T

Berechnete Werte

Bei 300 K: 1.2 × 10⁻⁴ s⁻¹

Bei 600 K: 2.8 × 10⁻² s⁻¹

Erhöhungsfaktor: 233×

Reaktionskinetik verstehen

⚡ Kinetische Gastheorie

Die durchschnittliche Geschwindigkeit von Gasmolekülen ist:

v_avg = √(8RT / πm)

R: Gaskonstante (8.314 J/mol·K)
T: Temperatur (K)
m: Molmasse (kg/mol)

Bei höherer Temperatur bewegen sich Teilchen schneller → mehr Stöe → höhere Reaktionsgeschwindigkeit.

💥 Stöfrequenz

Die Stöfrequenz Z_A ist:

Z_A = √2 × N_A × N_B × σ × v_avg

N_A, N_B: Teilchenkonzentrationen
σ: Stoßquerschnitt
v_avg: Mittlere Geschwindigkeit

Nur Stöe mit ausreichender Energie E > E_a führen zur Reaktion.

📊 Arrhenius-Gleichung

Verknüpft Reaktionsgeschwindigkeit mit Temperatur:

k = A × e^-E_a/RT

Typische Werte:

Schnelle Reaktionen: A ≈ 10¹³, E_a ≈ 50 kJ/mol
Mittlere Reaktionen: A ≈ 10¹⁰, E_a ≈ 100 kJ/mol
Langsame Reaktionen: A ≈ 10⁻³, E_a ≈ 200 kJ/mol

🌡️ Temperaturabhängigkeit

Die Arrhenius-Gleichung zeigt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur steigt.

RGT-Regel (van't Hoff)

Regel: Bei Temperaturerhöhung um 10 K verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit in etwa.

Mathematik: k(T+10K) / k(T) ≈ 2 - 4

Gilt für viele Reaktionen bei Raumtemperatur

🔬 Katalyse

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit drastisch.

Wirkungsweise:

Alternative Aktivierungsenergie: E_a wird auf E'_a gesenkt
Stöfrequenz: Nimmt zu bei gleichbleibender Temperatur
Exponentieller Faktor: k' / k > 1

Beispiel:

Ohne Katalysator: E_a = 100 kJ/mol, k = 1 × 10⁻⁴ s⁻¹ bei 300 K

Mit Katalysator: E'_a = 50 kJ/mol, k = 5 × 10⁻³ s⁻¹ bei 300 K

Faktor: 5000×