Зависимость скорости реакции от температуры

Изменение температуры приводит к изменению константы скорости реакции (чем выше температура, тем больше константа скорости).

Зависимость константы скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

где: E_A – энергия активации – минимальный запас энергии, которым должны обладать исходные вещества, чтобы они могли превратиться в продукты реакции;

k₀ – константа скорости реакции при E_A = 0 (гипотетическое состояние), величину k₀ называют также предэкспоненциальным фактором;

e – основание натурального логарифма;

R = 8,31 – универсальная газовая постоянная;

T – абсолютная температура, выраженная в Кельвинах.

Значения E_A и k₀ могут быть определены из экспериментальных данных зависимости скорости реакции от температуры.

Если известны константы скорости реакции при двух температурах, поступают следующим образом:

– записывают уравнение Аррениуса для одной и другой температуры:

– делят первое уравнение на второе:

– логарифмируют уравнение и переходят к десятичным логарифмам:

– выражают энергию активации (единицы измерения E_A – Дж/моль):

(1)

– находят величину k₀, подставляя найденное значение E_A и k(T₁) в уравнение Аррениуса (единицы измерения k₀ такие же как единицы измерения k ):

(2)

Зависимость скорости реакции от присутствия катализатора

Катализаторами называются вещества, изменяющие скорость реакции, но по окончании реакции, остающиеся в неизменном виде.

Если реакция проходит по схеме:

A + B → C + D

то её кинетическое уравнение будет иметь вид: V = k∙c(A)∙c(B).

Схема той же реакции в присутствии катализатора может быть представлена таким образом:

A + B + K → ABK → C + D + K

где: K – катализатор.

Исходные вещества взаимодействуют с катализатором с образованием промежуточного неустойчивого соединения ABK, которое распадается с образованием продуктов реакции и катализатора в неизменном виде.

Механизм действия катализаторов основан на изменении энергии активации реакции и соответственно изменении константы её скорости.

Если введение катализатора приводит к увеличению константы скорости, то такой катализ называется положительным, а если к снижению – отрицательным. Катализаторы, понижающие скорость реакции называются ингибиторами.

Каталитические реакции играют исключительно важную роль в процессе жизнедеятельности растительных и животных организмов.

Ферментами (энзимами) называются специфические белковые катализаторы природного происхождения, вырабатываемые живыми организмами.

Действие ферментов по сравнению с действием неорганических катализаторов имеет три отличительные особенности:

– исключительно высокая эффективность действия (увеличение скорости реакции в 10¹⁰ – 10¹³ раз);

– специфичность (избирательность) действия (каждый фермент катализирует строго определённую реакцию, не влияя на скорости протекания других);

– регулируемость – (ферменты обладают способностью увеличивать или уменьшать свою активность в зависимости от потребностей организма).

Несмотря на сложность строения молекул ферментов механизм их действия описывается теми же законами, которым подчиняются обычные химические реакции.

Ферментативные процессы находят широкое применение в пищевой промышленности, в частности при изготовлении молочнокислых продуктов, при производстве хлебобулочных изделий, при сбраживании вина и др.

Исследование кинетики любой реакции основано на изучении изменения концентрации одного из участников реакции во времени. Для этого необходимо применение метода анализа, чувствительного к концентрации данного вещества. Одним из таких методов является метод поляриметрии.