Головна |
Крім концентрації і природи реагуючих речовин, важливим фактором, що визначає швидкість реакції, є температура.
Константа швидкості реакції є функція від температури; підвищення температури, як правило, збільшує константу швидкості. Перша спроба врахувати вплив температури була зроблена Вант-Гофф, Що сформулював наступне емпіричне правило.
При підвищенні температури на кожні 10 градусів константа швидкості елементарної хімічної реакції збільшується в 2-4 рази.
Величина, що показує, у скільки разів збільшується швидкість або константа швидкості при підвищенні температури на 10 градусів, є температурний коефіцієнт швидкості реакції ?. Математично правило Вант-Гоффа можна записати в такий спосіб:
, (1.6)
де g - температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції;
k1, k2 - Константи швидкості реакції при відповідних температурах;
t1, t2 - Температури реакцій.
Однак правило Вант-Гоффа застосовується лише у вузькому температурному інтервалі, оскільки температурний коефіцієнт швидкості реакції сам є функцією від температури; при дуже високих і дуже низьких температурах температурний коефіцієнт ? стає рівним одиниці (т. е. швидкість хімічної реакції перестає залежати від температури).
Очевидно, що взаємодія частинок здійснюється при їх зіткненнях; проте число зіткнень молекул дуже велике, і якби кожне зіткнення призводило до хімічної взаємодії часток, то все реакції протікали б практично миттєво. С. Арреніус постулював, що зіткнення молекул будуть ефективні (т. Е. Призводитимуть до реакції) тільки в тому випадку, якщо зіштовхуються молекули володіють деяким запасом енергії - енергією активації.
Енергія активації,Ea є мінімальна надлишкова енергія, якою повинні володіти молекули, щоб їх зіткнення могло привести до хімічної взаємодії. Енергію активації висловлюють в кДж / моль. Молекули, що володіють такою енергією, називаються активними молекулами.
Розглянемо шлях деякої елементарної реакції: А + В > С. Оскільки хімічну взаємодію частинок пов'язано з розривом старих хімічних зв'язків і утворенням нових, то вважається, що будь-яка елементарна реакція проходить через освіту певної нестійкого проміжного з'єднання, званого активованим комплексом. З ростом температури число активних молекул зростає. Звідси випливає, що і швидкість хімічної реакції повинна збільшуватися з підвищенням температури. Дійсно, при зростанні температури хімічні реакції протікають швидше (рисунок 1.2).
координата реакції
Малюнок 1.2 - Енергетична діаграма хімічної реакції
E1 ? середня енергія частинок вихідних речовин, E2 ? середня енергія частинок продуктів реакції;
енергія активації Ea практично не залежить від температури. Для кожної хімічної реакції характерно своє власне значення Ea (Яке залежить від температури). У більшості випадків енергія активації хімічних реакцій між нейтральними молекулами становить від 80 до 240 кДж / моль. Чим НИЖЧЕ активаційний бар'єр Ea будь-якої хімічної реакції, тим ШВИДШЕ вона йде в даних умовах, тому що більше число молекул А і Б здатні долати бар'єр в одиницю часу.
Якщо в інший хімічної реакції активаційний бар'єр ВИЩЕ, то така реакція в тих же умовах йде ПОВІЛЬНІШЕ. Якщо бар'єр дуже високий, в системі взагалі немає молекул, здатних подолати активаційний бар'єр і реакція не відбувається.
Більш точно залежність швидкості реакції від температури описує рівняння Арреніуса:
, (1.7)
де A - Стерическом фактор, який визначає ймовірність активного зіткнення;
Ea - Енергія активації;
R - Універсальна газова постійна;
T - Температура реакції.
Як випливає з (1.6), константа швидкості реакції тим більше, чим менше енергія активації.величина Ea характеризує природу реагуючих речовин і визначається експериментально з залежності k = f(T). Записавши рівняння (1.6) в логарифмічному вигляді і вирішуючи його для констант при двох температурах, знаходимо Ea:
,
. (1.8)
Існують реакції, які сповільнюються при нагріванні; їх ефективна (отримана в результаті вимірювання швидкості процесу в цілому) енергія активації негативна. У таких випадках стехиометрическое рівняння описує складний багатостадійний процес.
Для багатьох біологічно важливих реакцій спостерігається прискорення процесу (негативна енергія активації) при заморожуванні водних розчинів реагентів. Це пояснюється зростанням концентрації реагентів в рідких мікровключення, що виникають при повільному заморожуванні. В результаті циклу зміни температури заморожування харчових продуктів від мінус 5 oЗ до мінус 18 oС («розморожування холодильника без оттайки») може бути викликана швидка псування.
від концентрації | Кінетика гетерогенних реакцій
УДК 546 (075.5) | Макрушина, Т. і. | Швидкість хімічних реакцій | Гомогенний і гетерогенний каталіз | Механізми хімічних реакцій | хімічна рівновага | Досвід 2. Залежність швидкості реакції від температури | Дослід 4. Вплив каталізатора на швидкість реакції | Досвід 6. Вплив температури на стан рівноваги | Приклади РІШЕННЯ ЗАВДАНЬ |