- •Кафедра хімії
- •Хімічна кінетика та рівновага
- •1. Теоретична частина 4
- •1. Теоретична частина
- •1.1. Загальні уявлення
- •1.2. Швидкість хімічних реакцій
- •1.3. Закон діючих мас
- •1.4. Енергія активації
- •1.5. Вплив температури на швидкість реакції
- •1.6. Каталіз
- •1.7. Хімічна рівновага
- •1.8. Вплив зовнішніх факторів на хімічну рівновагу. Принцип ле Шательє
- •2. Лабораторна робота
- •Дослід 1. Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції в гомогенній системі
- •Дослід 2. Вплив температури на швидкість реакції в гомогенній системі
- •Дослід 3. Вплив величини поверхні розділу реагуючих речовин на швидкість реакції в гетерогенній системі. Взаємодія крейди(мармуру) з соляною кислотою.
- •Дослід 4. Вплив каталізатора на швидкість реакції. Каталітичний розклад пероксиду водню.
- •Дослід 5. Вплив концентрації реагуючих речовин на зміщення рівноваги
- •Література
1.4. Енергія активації
Як зазначалось, умовою елементарного акту взаємодії є зіткнення частинок реагуючих речовин. Проте не кожне зіткнення може спричинити хімічну взаємодію. Справді, хімічна взаємодія передбачає перерозподіл електронної густини, утворення нових хімічних зв'язків і перегрупування атомів. Отже, крім зіткнення, для взаємодії частинок необхідно, щоб їх енергія була більшою за енергію відштовхування (енергетичний бар'єр) між їхніми електронними оболонками.
Частина молекул у системі внаслідок перерозподілу енергії завжди має певний надмір енергії порівняно з середньою енергією молекул. Тому вони можуть подолати енергетичний бар'єр і вступити в хімічну взаємодію. Такі реакційнодатні молекули дістали назву активних молекул. Різниця між середньою енергією системи і енергією, необхідною для перебігу реакції, називаєтьсяенергією активації реакції. Вона потрібна для подолання енергетичного бap'єру.
Наявність енергетичного бар'єру призводить до того, що багато які реакції, перебіг яких цілком можливий, самовільно не починаються. Наприклад, вугілля, дерево, нафта, які здатні окислюватись і горіти на повітрі, за звичайних умов не займаються. Це пов’язано з великою енергією активації відповідних реакцій окислення. Підвищення температури збільшує кількість активних молекул і тому дедалі більша кількість молекул кисню, вугілля, дерева і нафти має необхідний запас енергії для початку реакції. При певній температурі швидкість реакції досягає певної величини і починається реакція горіння. Отже, під час хімічного процесу перехід системи вихідних речовин з енергетичним станомЕвиху енергетичний стан продуктів реакціїЕпрздійснюється через енергетичний бар'єр, який дорівнює енергії активації системиΔЕакт. При цьому тепловий ефект реакції дорівнює
∆H = Eпр - Евих
На рис. 2наведено енергетичну схему взаємодії водню і йоду. Характерною особливістю цієї реакції є те, що під час взаємодії активних молекул водню і йоду спочатку утворюється проміжна сполука Н2 • • •І2, яка називаєтьсяактивним комплек-сом. Саме в цьому комплексі відбувається розрив зв'язків Н—Ні І—І і утворення нових зв'язків Н—І.
а енергія їх утворення є енергією активації реакції.
Енергія активації ∆Еакт— важлива характеристика хімічних перетворень. Саме енергія активації затримує або робить неможливими багато які реакції, які з погляду термодинаміки можуть відбуватися самовільно. Якби енергія активації для всіх реакцій дорівнювала нулю (∆Еакт = 0),то в природі відбувалося б безліч хаотичних хімічних реакцій, для яких величина∆Gвід'ємна. Так, вугілля і нафта при контакті з повітрям загорілися б, азот повітря і вода утворили б розчин азотної кислоти, живі клітини зруйнувалися б внаслідок гідролізу.
Отже, існування багатьох молекул, кристалічних речовин і навіть живих клітин можливе лише тому, що їхні перетворення і руйнування пов'язані з подоланням значного енергетичного бар'єру.