5.3. Методы определения порядка реакции

Существует несколько методов определения порядка реакции.

1. Метод подстановки заключается в эмпирическом подборе такого кинетического уравнения, которое лучшим образом описывает результаты эксперимента. Существует два варианта реализации метода подстановки:

– аналитический, заключается в том, что для описания экспериментальных данных используются уравнения для реакций различных порядков и выбирается то уравнение, которое наилучшим образом описывает результаты эксперимента;

– графический: строятся графики зависимости – для реакции 1-го порядка; – для реакции 2-го порядка; – для реакции 3-го порядка и т.д. Выбирается случай, когда зависимость прямолинейная.

2 . Графический метод. Запишем кинетическое уравнение:

прологарифмируем

Полученное уравнение является линейным, поэтому порядок реакции будет равен тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс ( ), а – отрезку, отсекаемому прямой на оси ординат ( ).

3. Метод Вант-Гоффа основан на определении абсолютной скорости реакции в начальный момент времени при двух различных концентрациях реагирующего вещества. Порядок реакции рассчитывают по уравнению:

где , – скорость реакции при исходной концентрации реагирующего вещества и , соответственно.

5.4. Влияние температуры на скорость реакции

Температура оказывает сильное влияние на скорость химической реакции. В соответствии с эмпирическим правилом Вант-Гоффа: с увеличением температуры на каждые 10 скорость химической реакции увеличивается в 2 – 4 раза:

, (14)

где – температурный коэффициент скорости химической реакции.

Влияние температуры на скорость реакции объясняет теория активных соударений Аррениуса. Основные положения теории Аррениуса:

молекулы реагирующих веществ представляются упругими шариками;
к единичному акту химического взаимодействия приводят не все соударения молекул реагирующих веществ, а только активные соударения;
активным соударением называют такое соударение, в результате которого молекулы реагирующих веществ получают избыточную (дополнительную) энергию, превышающую или равную некоторой величине, которую называют энергией активации;
энергия активации ослабляет существующие химические связи между атомами в молекулах и создает предпосылку для перераспределения этих связей, т.е. приводит к химическому взаимодействию; энергия активации не зависит от температуры, а определяется только природой реагирующих веществ и характером химического взаимодействия;
скорость реакции пропорциональна количеству активных соударений; с повышением температуры тепловое движение молекул интенсифицируется, в результате доля активных соударений молекул увеличивается, а, следовательно, увеличивается скорость реакции.

При активном соударении кинетическая энергия движения молекул переходит в потенциальную, избыточная потенциальная энергия – есть энергии активации. Энергия активации приближенно равна повышению энергии системы по сравнению с уровнем энергии исходных веществ. На рис. представлен график, характеризующий изменение энергии реагирующих веществ в ходе обратимой реакции (а – эндотермическая; б – экзотермическая реакция): – внутренняя энергия исходных веществ; – внутренняя энергия продуктов реакции; – тепловой эффект реакции; , – энергия активации прямой и обратной реакций.