Вплив температури на швидкість реакції

Визначається правилом Вант-Гоффа (1884): з підвищенням температури на кожні 10⁰ швидкість гомогенних реакцій зростає в 2 – 4 рази.

υ₂ = υ₁ ∙ γ ,

де υ₁ – швидкість реакції при температурі t₁;

υ₂ – швидкість реакції при температурі t₂;

γ – температурний коефіцієнт реакції (показує, у скільки разів зростає швидкість реакції зі збільшенням температури на кожні 10⁰).

Правило Вант-Гоффа справедливе для інтервалу температур: 273-373К.

Основні положення теорії зіткнень:

1. Молекули газу повинні зіткнутися, щоб прореагувати.

2. Швидкість реакції менша, частоти зіткнень.

3. Під час реакції у взаємодію вступають тільки активні молекули (мають деякий надлишок енергії порівняно з середньою енергією при даній температурі).

З підвищенням температури число активних частинок різко зростає. Nакт = N0 ∙ е-Еа/RT, де Nакт – число активних молекул; N0 – загальне число молекул; Nакт < N0; Еа – енергія активації. Енергія активації – це надлишкова енергія порівняно з середньою енергією реагуючих речовин, яку повинні мати молекули, щоб їх зіткнення призводили до хімічної взаємодії. При підвищенні температури частка молекул, енергія яких перевищує значення енергії активації, швидко збільшується.

5. При хімічній реакції число активних молекул зменшується, проте в результаті перерозподілу енергії частка N_акт / N₀ відновлюється.

З підвищенням Т зростає N_акт, збільшується кількість ефективних зіткнень (А акт.), що призводить до збільшення швидкості реакції υ.

	Еа = Енергія активації для більшості процесів змінюється у межах від 50 до 250кДж/моль. Якщо Еа < 40кДж/моль, то реакція відбувається миттєво, якщо Еа = 40 ‑ 120 кДж/моль, то реакція перебігає з певною швидкістю, яку можна виміряти; при Еа > 120кДж/моль швидкість реакції дуже мала. Енергія активації може бути знижена під впливом зовнішніх факторів: збільшення температури, променистої енергії, каталізаторів.
При підвищенні температури частка молекул, енергія яких перевищує значення енергії активації, швидко збільшується.		Графік для визначення енергії активації

5. Під час зіткнення частинки повинні бути певним чином орієнтовані.

А_акт = А₀ ∙ е^-Еа/RT,

де А₀ – загальне число зіткнень;

А_акт – частота співударів молекул, орієнтованих певним чином (активних).

5. Число зіткнень активних молекул визначає швидкість реакції.

υ₀ = κ₀, κ = κ₀ ∙ е^-Еа/RT

ln κ = ln κ₀ - , ln κ₀ = ln A

l n∙κ = lnA - рівняння Арреніуса

κ = A ∙ е^-Еа/RT – E_a/R – тангенс кута нахилу.

Висновки:

• при сталій температурі константа швидкості визначається енергією активації;

• чим вища енергія активації, тим менше активних молекул, число ефективних зіткнень і тим нижчою є константа швидкості (швидкість реакції);

• важливою умовою здійснення хімічної реакції є розміри, форма частинок, а також орієнтація їх у момент зіткнення;

Ймовірність належної орієнтації при зіткненні характеризує ентропія активації Sa (пропорційна відношенню числа сприятливих способів орієнтації до загального числа способів).

• константа швидкості залежить від температури, енергії та ентропії активації (є добутком трьох імовірнісних факторів – числа зіткнень, енергетичного та ентропійного):

κ = Z ∙ е^-Еа/RT ∙ е^Sа/R,

де Z – загальне число зіткнень частинок в одиниці об’єму за одиницю часу;

е^Sа/R – стеричний фактор.