Toolyard

Симулятор скорости реакции и теории столкновений

Уравнения этой модели

A + B → C, скорость = k [A] [B]
[A], [B]Молекулы Aбольше молекул в том же ящике — больше столкновений в секунду, поэтому скорость растёт с каждой концентрацией
скоростьреакций в секундуподсчитано в ящике, усреднено за последние несколько секунд
kконстанта скоростивсё об отдельном столкновении: как часто встречаются молекулы и у скольких столкновений хватает энергии

При текущих значениях:

доля = e^(−Ea ÷ RT)
EaЭнергия активации Ea (кДж/моль)наименьшая энергия, нужная столкновению вдоль линии между двумя центрами, чтобы разорвать старые связи; у реальных реакций 40–200 кДж/моль, здесь меньше, чтобы было видно, как это происходит
Rгазовая постоянная8.314 J/(mol·K)
TТемпература T (K)
долядоля столкновений с достаточной энергиейтеория против доли, измеренной в ящике

При текущих значениях:

k = A e^(−Ea ÷ RT), k₂ ÷ k₁ = e^((Ea ÷ R)(1 ÷ T₁ − 1 ÷ T₂))
Aпредэкспоненциальный множителькак часто молекулы сталкиваются в правильной ориентации; с температурой он почти не меняется
k ÷ k(300 K)ускорение по сравнению с комнатной температуройпри Ea = 50 кДж/моль нагрев на 10 °C почти удваивает скорость

При текущих значениях:

f(E) = 2 √(E ÷ π) (1 ÷ RT)^(3/2) e^(−E ÷ RT)
f(E)распределение энергий Максвелла — Больцманаграфик: площадь правее красной линии — доля молекул с энергией больше Ea; она быстро растёт, когда кривая уплощается при большей T

Как пользоваться симулятором скорости реакции

  1. В коробке красные молекулы A и синие молекулы B летают и отскакивают друг от друга. Когда A ударяет B достаточно сильно — с энергией вдоль линии центров больше энергии активации, — они реагируют: вспышка, и их место занимает зелёная молекула C.
  2. Повысьте температуру: молекулы ускоряются, и доля столкновений с достаточной энергией растёт гораздо быстрее, чем число столкновений. Добавьте A или B — столкновений в секунду станет больше. Отметьте «Добавить катализатор», чтобы снизить барьер, и смотрите, как скорость подскакивает при той же температуре.
  3. Сравните долю прореагировавших столкновений A–B, подсчитанную в коробке, с предсказанной теорией e^(−Ea/RT). График показывает распределение энергий Максвелла — Больцмана с энергией активации красной линией: закрашенный хвост за ней и реагирует.

Частые вопросы

Что такое теория столкновений?

Молекулы реагируют только при столкновении, с достаточной энергией и правильной ориентацией. Скорость — число столкновений в секунду, умноженное на долю успешных. Больше молекул в том же объёме — больше столкновений; выше температура — больше столкновений и, что гораздо важнее, бо́льшая доля с достаточной энергией.

Почему небольшое повышение температуры так ускоряет реакцию?

Потому что доля столкновений с энергией выше энергии активации равна e^(−Ea/RT) и круто растёт с T. Для типичной Ea 50 кДж/моль переход от 25 °C к 35 °C увеличивает эту долю примерно на 90% — эмпирическое правило Вант-Гоффа: 10 °C удваивают скорость. Средняя энергия молекул растёт всего на 3%.

Как работает катализатор?

Он даёт реакции другой путь с меньшей энергией активации, например удерживая молекулы на поверхности в нужном положении. Тогда гораздо больше столкновений преодолевает барьер при той же температуре. Катализатор не расходуется и одинаково ускоряет прямую и обратную реакции, поэтому не меняет положение равновесия.

Почему энергии активации здесь такие малые?

Чтобы реакции можно было увидеть. При реальной энергии активации 50–100 кДж/моль при комнатной температуре успешно лишь одно столкновение из 10⁹–10¹⁸, и в коробке из 160 молекул ни одна не прореагировала бы дольше, чем вы готовы ждать. Симуляция использует 2–25 кДж/моль; уравнения те же, а отношение Аррениуса показывает, что сделала бы бо́льшая Ea.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по химии

Ещё научные симуляции

Симулятор движения тела, брошенного под угломСимулятор маятникаСимулятор опыта с двумя щелямиСимулятор электрического поляСимулятор орбитСимулятор пружинного маятникаСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома БораСимулятор диффузии и осмосаПросмотр сворачивания ДНК и РНКСимулятор роста бактерийСимулятор центрифугиСимулятор линз и зеркалСимулятор стоячих волнСимулятор эффекта ДоплераСимулятор столкновений и импульсаСимулятор RC- и RL-цепейСимулятор заряженной частицы в магнитном полеСимулятор излучения абсолютно чёрного телаСимулятор специальной теории относительностиСимулятор преломления и полного внутреннего отраженияСимулятор последовательных и параллельных цепейСимулятор течения жидкости и закона БернуллиСимулятор электромагнитной индукции3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор ферментативной кинетикиСимулятор потенциала действияСимулятор ПЦРСимулятор естественного отбора и популяционной генетикиСимулятор сердца и сердечного циклаСимулятор гель-электрофорезаСимулятор митоза и мейозаСимулятор синтеза белка: транскрипция и трансляцияСимулятор фотосинтеза и лимитирующих факторовСимулятор популяций хищников и жертвСимулятор распространения эпидемии: SIR и SEIRСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — РасселаСимулятор доски ГальтонаСимулятор рядов Фурье

Похожие калькуляторы и инструменты