3. Влияние температуры на скорость химических реакций: правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса.

Зависимость скорости физико-химического процесса от температуры приближенно выражается правилом Вант-Гоффа: при увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства химических реакций возрастает примерно в 2 –4 раза. Математически эта зависимость выражается соотношением

или  ,

где и  – cкорости реакции при температурах Т₂ и Т₁; ∆Т = Т₂ – Т₁;

γ – температурный коэффициент скорости (значения изменяются от 2 до 4), показывающий, во сколько раз увеличится скорость реакции с повышением температуры на 10 градусов. Численное значение γ зависит от природы реагирующих веществ и для данной реакции есть величина постоянная.

Увеличение скорости химической реакции с повышением температуры связано с возрастанием числа активных молекул, обладающих избыточной энергией. Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы, чтобы столкновение было эффективным, называется энергией активации Е_а. Численное значение Е_а зависит от природы реагирующих веществ и катализатора. Чем больше значение Е_а, тем меньше скорость химической реакции.

Функциональную зависимость скорости реакции от температуры выражает уравнение Аррениуса:

или  ,

где k – константа скорости; А – постоянная величина для реакции, характеризует общее число столкновений с благоприятной ориентацией, не зависит от температуры; е – основание натурального логарифма; Е_а – энергия активации,  ; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура, К.

Множитель е^{– Еа / RT}, называемый экспоненциальным, характеризует долю активных столкновений (столкновений активных частиц) от их общего числа. Анализ уравнения Аррениуса показывает: при повышении температуры возрастает доля активных столкновений, объясняя экспоненциальную зависимость скорости реакции от температуры.

3. Энергия активации, энергетические диаграммы реакций. Влияние катализаторов на скорость реакций.

_{Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы, чтобы столкновение было эффективным, называется энергией активации} Е_а. Численное значение Е_а зависит от природы реагирующих веществ и катализатора. Чем больше значение Е_а, тем меньше скорость химической реакции. В химических взаимодействиях участвуют частицы с энергией _{Частицы обладающие достаточным запасом энергии называются активными, а их столкновения эффективными.}

_{Следствие из уравнения Аррениуса} : при увеличении температуры в большей степени растет константа скорости той реакции, энергия активации которой больше.

Зная и , можно вычислить Е_а из соотношения

или   .

Одним из наиболее распространенных в практике способов изменения скорости процессов является катализ. При катализе реакция протекает через ряд промежуточных стадий, каждая из которых характеризуется определенным значением энергии активации: катализаторы уменьшают Е_а, ингибиторы (замедлители) увеличивают Е_а.

Энергетические диаграммы показывают изменения эн-ии систем в ходе физ-хим процессов.

Слева рис1. Энергетическая диаграмма для экзотермической р-ии N2+3H2 = 2NH3, E’ – энергия активированного комплекса системы, т.к. совокупности атомов(ионов), между которыми ослаблены прежние и образуются новые химические связи. Состояние акт. комплекса является неустойчивым. Справа рис2. Энергетическая диаграмма в присутствии катализатора. В присутствии катализатора, процесс проходит через ряд промежуточных стадий, энергия активации которых меньше, чем энергия активации суммарного процесса. Величина р-ии от катализатора не зависит. ;