Калькулятор химической
кинетики онлайн
Что такое химическая кинетика
Химическая кинетика — раздел физической химии, изучающий скорость химических реакций и факторы, на неё влияющие. Кинетика позволяет предсказать, как быстро протекает реакция, как изменяется концентрация реагентов со временем и как температура воздействует на скорость процесса.
Скорость реакции
Скорость химической реакции определяется как изменение концентрации вещества в единицу времени: v = −d[A]/dt. Знак минус означает убывание концентрации реагента со временем.
Порядок реакции
Порядок реакции по реагенту — показатель степени его концентрации в уравнении скорости v = k·[A]ⁿ. Суммарный порядок — сумма показателей всех реагентов. Определяется экспериментально, не следует из стехиометрии.
Влияние температуры
Зависимость константы скорости от температуры описывается уравнением Аррениуса: k = A·exp(−Ea/RT). Повышение температуры увеличивает долю молекул с энергией, превышающей барьер активации.
Где применяется химическая кинетика
Химическая кинетика — фундаментальная наука, пронизывающая химическую промышленность, биологию, медицину, материаловедение и экологию.
Химическая промышленность
Оптимизация реакторов, расчёт времени реакции, выбор катализаторов. Без знания кинетики невозможно проектирование промышленных химических процессов — синтеза аммиака, серной кислоты, полимеров.
Фармацевтика
Расчёт срока годности лекарств (стабильность — кинетика разложения), фармакокинетика (всасывание и выведение препаратов из организма), оптимизация условий хранения.
Биохимия и ферментация
Кинетика Михаэлиса–Ментен описывает скорость ферментативных реакций. Применяется при разработке ферментных препаратов, пищевых добавок и в биотехнологии.
Экология и атмосфера
Кинетика фотохимических реакций в атмосфере (образование озона, смога), разрушение загрязнителей в воде и почве, расчёт периодов полураспада пестицидов.
Материаловедение
Кинетика коррозии металлов, старение полимеров, спекание керамик. Прогнозирование срока службы материалов в агрессивных условиях — от строительства до авиации.
Образование и наука
Химическая кинетика — обязательный раздел курсов физической химии для химиков, биологов, фармацевтов и инженеров. ЕГЭ по химии включает задачи на скорость реакции.
Интегральные законы скорости подробно
Интегральный закон скорости связывает концентрацию реагента со временем. Для каждого порядка реакции существует своя форма этого закона.
Реакция нулевого порядка
Скорость реакции нулевого порядка постоянна и не зависит от концентрации реагента: v = k. Концентрация убывает линейно со временем. Единица константы скорости: моль/(л·с). Период полураспада: t½ = [A]₀/(2k) — зависит от начальной концентрации.
Примеры: Реакции на поверхности катализатора при насыщении активных центров, некоторые ферментативные реакции при высоких концентрациях субстрата, фотохимические реакции при фиксированной интенсивности света.
Реакция первого порядка
Скорость реакции первого порядка пропорциональна концентрации реагента: v = k·[A]. Концентрация убывает экспоненциально. Единица k: 1/с. Ключевое свойство: период полураспада t½ = ln2/k = 0.693/k постоянен и не зависит от [A]₀.
Примеры: Радиоактивный распад (строго первый порядок), гидролиз в разбавленных растворах, многие реакции изомеризации, разложение H₂O₂ в водном растворе, элиминирование в органической химии при малых концентрациях нуклеофила.
Реакция второго порядка
Скорость реакции второго порядка пропорциональна квадрату концентрации: v = k·[A]². Единица k: л/(моль·с). Зависимость 1/[A] от t линейна с наклоном k. Период полураспада: t½ = 1/(k·[A]₀) — зависит от начальной концентрации.
Примеры: Бимолекулярные реакции (столкновение двух одинаковых молекул), диаризация радикалов, реакция диоксида азота 2NO₂ → 2NO + O₂, реакции SN2 в органической химии при высоких концентрациях нуклеофила.
Уравнение Аррениуса
Предложено Сванте Аррениусом в 1889 году. Описывает экспоненциальную зависимость константы скорости от температуры. A — предэкспоненциальный множитель (частота столкновений с правильной ориентацией), Ea — энергия активации (минимальная энергия для реакции), R — газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)), T — абсолютная температура (К).
Логарифмическая форма: ln k = ln A − Ea/(R·T). График ln k от 1/T даёт прямую с наклоном −Ea/R. Это позволяет экспериментально определить Ea по двум или более значениям k при разных температурах.
Правило Вант-Гоффа: Для большинства реакций при повышении температуры на 10°C скорость реакции увеличивается в 2–4 раза (температурный коэффициент γ). Это соответствует Ea ≈ 50–100 кДж/моль.
Справочник формул/ химическая кинетика
Сводная таблица интегральных законов и формул периода полураспада для реакций нулевого, первого и второго порядков.
Интегральные законы скорости
| Порядок | Дифф. форма | Интегральная форма | Единицы k |
|---|---|---|---|
| 0 | v = k | [A] = [A]₀ − kt | моль·л⁻¹·с⁻¹ |
| 1 | v = k[A] | ln[A] = ln[A]₀ − kt | с⁻¹ |
| 2 | v = k[A]² | 1/[A] = 1/[A]₀ + kt | л·моль⁻¹·с⁻¹ |
Период полураспада
Уравнение Аррениуса
Диагностика порядка: Если зависимость [A] от t линейна — нулевой; ln[A] от t — первый; 1/[A] от t — второй порядок.
Правило Вант-Гоффа: γ = k(T+10)/k(T) ≈ 2–4. Это приближение справедливо при Ea ≈ 50–100 кДж/моль и T ≈ 300 К.
Практические советы по расчётам
Типичные ошибки при решении задач по химической кинетике и как их избежать.
1Температура — только в кельвинах
В уравнении Аррениуса k = A·exp(−Ea/RT) температура T должна быть строго в кельвинах. T(К) = T(°C) + 273.15. Наш калькулятор выполняет конвертацию автоматически при выборе °C.
2Согласуйте единицы Ea и R
Если Ea выражена в Дж/моль, используйте R = 8.314 Дж/(моль·К). Если в кДж/моль — R = 0.008314 кДж/(моль·К). Несоответствие единиц — частейшая ошибка в расчётах по Аррениусу. Калькулятор обрабатывает оба варианта.
3Определяйте порядок по данным
Порядок реакции нельзя узнать из уравнения — только из эксперимента. Постройте графики [A] vs t, ln[A] vs t и 1/[A] vs t. Линейный график укажет на порядок. При нулевом — [A] линейна; первом — ln[A] линеен; втором — 1/[A] линейна.
4t½ первого порядка — постоянен
Уникальное свойство реакций первого порядка: период полураспада не зависит от начальной концентрации. Если t½ меняется при изменении [A]₀ — реакция не первого порядка. Это свойство используют для идентификации порядка.
5Метод псевдопервого порядка
Если реакция второго порядка A + B → продукты, но [B] ≫ [A], то [B] практически не изменяется. Тогда v ≈ k′·[A], где k′ = k·[B] = const. Реакция становится псевдопервого порядка. Этот приём упрощает кинетический анализ.
6Проверяйте физический смысл
После расчёта убедитесь: концентрация не может быть отрицательной; константа скорости k > 0; энергия активации Ea ≥ 0 (обычно 40–250 кДж/моль); время t ≥ 0. Отрицательный результат указывает на несогласованность входных данных.
Как пользоваться калькулятором
Пошаговая инструкция для решения задач по химической кинетике за несколько секунд.
Выберите модуль
Нажмите на нужную вкладку: «Интегральные законы» для расчёта концентрации/времени/k, «Период полураспада», «Аррениус» или «Двухточечный Аррениус» для нахождения Ea.
Выберите порядок
Укажите порядок реакции (0, 1 или 2). Калькулятор автоматически применит соответствующий интегральный закон скорости и формулу периода полураспада.
Введите данные
Введите известные величины в соответствующие поля. Выберите единицы измерения — конвертация выполняется автоматически (°C→K, кДж→Дж, мин→с).
Получите результат
Нажмите «Рассчитать». Результат отображается с формулой для проверки. Получите числовой ответ с правильными единицами измерения.
Часто задаваемые вопросы
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».
Отказ от ответственности
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.
Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.
Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.
Похожие инструменты
Калькулятор молярности раствора
Молярная концентрация, масса вещества, объём раствора. Разведение C1V1=C2V2. Конвертер моль/л ↔ г/л ↔ %.
Калькулятор промышленной химии
Конверсия, селективность, выход реактора, материальный баланс, атомная экономия, E-фактор, ректификация, TON/TOF катализатора.
Калькулятор центростремительной силы
Расчёт центростремительной силы и ускорения. Движение по окружности, угловая скорость, перегрузка (G-force).
Калькулятор гляциологии
Масс-баланс ледника, водный эквивалент снега SWE, закон течения Глена, толщина льда, ELA, вклад в подъём уровня моря.
Калькулятор стриминга: пропускная способность, CDN, задержка, ABR-транскодинг
Комплексный калькулятор для стриминговых платформ: расчёт пропускной способности (bandwidth, egress), ABR транскодинг-лестница (HLS/DASH, Per-Title), стоимость CDN (CloudFront, Bunny, Cloudflare, Selectel), анализ задержки glass-to-glass (LL-HLS, WebRTC), планирование ёмкости серверов и расчёт дохода (SVOD/AVOD/PPV).
Калькулятор прогноза финиша марафона
Прогноз времени финиша на марафоне и полумарафоне по результатам коротких дистанций. Формулы Ригеля, Кэмерона, VO2max.
Калькулятор инфляции и покупательной способности
Рассчитайте влияние инфляции на деньги, покупательную способность и необходимую индексацию зарплаты. Учет накопленной инфляции.
Калькулятор ангельских инвестиций
MOIC, IRR, ROI при вложении в стартап. Оценка доли, мультипликатора выхода и горизонта инвестиций.
Калькулятор операционных показателей: точка безубыточности, маржа
Операционный анализ бизнеса: точка безубыточности, маржинальность, запас финансовой прочности и оборачиваемость запасов.
Калькулятор оптики (линзы, преломление, DoF)
Расчет фокусного расстояния, закон Снеллиуса и глубина резкости (DoF). Калькулятор для физики и фотографии.
Калькулятор теории IRT (Раш, 2PL, 3PL)
Расчёт кривых ICC, информационных функций пунктов (IIF) и теста (TIF) по моделям Раша, 2PL и 3PL. Для ЕГЭ, PISA, адаптивного тестирования.
Калькулятор выборки и репрезентативности
Расчёт размера выборки по формуле Кокрана, погрешность выборки, генератор случайных чисел и сравнение методов выборки (случайная, стратифицированная).
Калькулятор кирпича и блоков
Количество кирпича, газобетонных блоков и раствора. Учёт швов, проёмов и запас на бой. Нормы ГОСТ.
Калькулятор нейропсихологии: MMSE, MoCA, FAB и тест Струпа
Нейропсихологическая оценка онлайн: подсчёт баллов MMSE, MoCA, FAB, тест рисования часов, интерференция Струпа, индекс латерализации.
Калькулятор расхода краски
Краска для стен, потолка или фасада. Учёт слоёв, типа поверхности и марки. В литрах и банках.