什麼是積分速率定律計算器?
這個工具運用化學動力學中的積分速率定律,計算反應物 [A] 在經過特定時間 t 後的剩餘濃度,並一併求出反應的半衰期。它支援三種最常見的反應級數——零級、一級與二級——採用單一反應物模型 A → 產物。
使用方法
先選擇反應級數,接著輸入初始濃度 [A]₀(mol/L)、速率常數 k 以及經過的時間 t(秒)。計算器會回傳時間 t 時的濃度與半衰期。請務必讓 k 的單位與反應級數相符:零級使用 mol·L⁻¹·s⁻¹,一級使用 s⁻¹,二級則使用 L·mol⁻¹·s⁻¹。
公式詳解
零級反應:[A] = [A]₀ − kt,半衰期 t½ = [A]₀ / (2k)。濃度會以直線下降,直到歸零為止。
一級反應:ln[A] = ln[A]₀ − kt,等同於 [A] = [A]₀e⁻ᵏᵗ。半衰期 t½ = ln(2)/k 為定值,與初始濃度無關。
二級反應:1/[A] = 1/[A]₀ + kt,半衰期 t½ = 1/(k[A]₀)。
範例試算
某一級反應 k = 0.05 s⁻¹,[A]₀ = 1.0 mol/L,t = 10 s。則 [A] = 1.0 × e⁻⁰.⁵ = 1.0 × 0.60653 = 0.6065 mol/L。半衰期為 ln(2)/0.05 = 0.6931/0.05 = 13.86 s。
常見問題
為什麼一級反應的半衰期與濃度無關?因為反應速率與 [A] 成正比,每單位時間衰減的比例固定不變,所以半衰期是固定值。
濃度會出現負值嗎?只有零級反應的算式在 t 過大時可能產生負值;但實際上反應物已經耗盡,因此本計算器會將結果限制在零。
k 應該用什麼單位?視反應級數而定——一級為 s⁻¹,其餘則為含 mol⁻¹ 或 L 的單位。務必讓 k、[A] 與 t 三者單位一致。