2.3. Зависимость скорости реакции от температуры
Зависимость
скорости химической реакции от температуры
определяется эмпирическим
правилом
Вант-Гоффа, согласно которому при
повышении температуры на 
скорость реакции возрастает примерно
в 2-4 раза.
Число, показывающее
во сколько раз увеличивается скорость
химической реакции, а следовательно и
константа скорости её при повышении
температуры на 
,
называется температурным коэффициентом
скорости реакции 
.
,
где 
-
скорость реакции при температуре 
-
скорость реакции при температуре 
- температура коэффициент скорости
равный 2
Пример. Срок хранения автомобильных покрышек при температуре 20˚С – 5 лет, а при температуре 10˚С – 13 лет. Сколько лет можно хранить покрышки при 5˚С?
Решение. Средняя скорость старения резины обратно пропорциональна сроку хранения. Следовательно, при охлаждении с 20˚С до 10˚С скорость старения уменьшится в 13/5 = 2,6 раза. Это означает, что температурный коэффициент γ = 2,6. При охлаждении еще на 5˚С скорость реакции уменьшится в γ1/2 = 1,6 раза:
В такое же число раз возрастет срок хранения покрышек, который в этом случае составит уже 13 ∙ 1,6 = 21 год.
Увеличение скорости реакции с повышением температуры объясняется тем, что для химической реакции необходимо соударение активных молекул. При повышении температуры число активных молекул возрастает, поэтому скорость химической реакции резко возрастает.
Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, что бы их столкновение могло привести к образованию нового вещества, называется энергией активации (в кДж/моль).
Молекулы, обладающие такой энергией, называются активными молекулами.
Если энергия активации мала (< 40 кДж/моль), то скорость химической реакции велика, если энергия активации велика ( >120 кДж/моль) то скорость реакции очень мала.
В 1889 году шведский
ученый Аррениус вывел уравнение, которое
носит его имя:
-
уравнение Аррениуса, где k
– константа скорости реакции, 
-
энергия активации, R
– газовая постоянная, T
– абсолютная температура, Z
– число столкновений.
Множитель
характеризует
долю активных столкновений от их общего
числа. Мы видим, что константа скорости
тем больше, чем меньше энергия активации
и чем выше температура.
Реакции, требующие для своего протекания заметной энергии активации, начинаются с ослабления связи между атомами в молекулах исходных веществ.
При этом вещества переходят в неустойчивое промежуточное состояние с большим запасом энергии, это состояние называется активированным комплексом. Для его образования и необходима энергия активации (рис. 2.1.).
|
Рис. 2.1. Энергетическая диаграмма для реакции образования продукта АВ из исходных веществ А и В.
|
В активированном комплексе старые связи еще не разорваны, но уже ослаблены, новые связи наметились, но еще не образовались. Для образования переходного комплекса и необходима энергия активации. Если энергия столкновения молекул А и В больше или равна энергии активации Еа, то энергетический барьер преодолевается, и происходит перемещение вдоль координаты реакции r от исходных веществ к продукту. Вершина энергетического барьера соответствует переходному состоянию (активированному комплексу), в котором связь А–В образовалась частично. |
