Энергия активации. Температурная зависимость скорости реакции, правило Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса

Согласно приближенному (эмпирическому) правилу Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10° скорость химической реакции возрастает в два — четыре раза.

v2v1 = g (T2 – T1)/10,температурный коэффициент скорости реакции

Таким образом, увеличение температуры в арифметической прогрессии влечет за собой увеличение скорости химической реакции в геометрической прогрессии.

Более точная зависимость константы скорости химической реакции от температуры была найдена Аррениусом (1889) – теория активных столкновений. Уравнение Аррениуса имеет вид: ln K = B – A\T, где К — константа скорости реакции, А и В — постоянные, характерные для данной реакции, Т — абсолютная температура.Величина А в уравнении характеризует так называемую энергию активации Е химического процесса.

Скорость любой химической реакции зависит от числа столкновений реагирующих молекул, так как число столкновений пропорционально концентрациям реагирующих веществ. Однако не все столкновения молекул сопровождаются взаимодействием. Очевидно, скорость реакции зависит не только от числа столкновений, но и от каких-то свойств сталкивающихся молекул. Это явление находит объяснение в теории активации Аррениуса.

Согласно этой теории, реакционноспособны только те молекулы, которые обладают запасом энергии, необходимым для осуществления той или иной реакции, т. е. избыточной энергией по сравнению со средней величиной энергии молекулы. Такие молекулы получили название «активных» молекул. Эта избыточная энергия активной молекулы, благодаря которой становится возможной химическая реакция, носит название энергии активации. Эту энергию обычно выражают в кал\моль. Энергия активации бывает меньше энергии разрыва связей в молекуле, так как для того чтобы молекула прореагировала, вовсе не требуется полного разрыва связей, их достаточно лишь ослабить.

Величина энергии активации зависит от строения молекулы и от того, в какую реакцию эта молекула вступает. Иными словами, каждая химическая реакция характеризуется свойственной ей величиной энергии активации.

Энергия активации молекул может быть снижена под воздействием внешних факторов: повышение температуры, лучистой энергии, катализаторов и др. Энергия активации проявляется в активных молекулах по-разному: активные молекулы могут обладать большей скоростью движения, повышенной энергией колебания атомов в молекуле и др.

Скорость химической реакции зависит от величины энергии активации: чем она больше, тем медленнее будет протекать данная реакция. С другой стороны, чем меньше энергетический барьер реакции, тем большее число молекул будет обладать необходимой избыточной энергией и тем быстрее будет протекать эта реакция. Итак, скорость химической реакции в конечном итоге зависит от соотношения между числом активных и неактивных молекул.

Физический смысл констант в уравнении Аррениуса: А = Е\RТ характеризует энергию активации процессов (Е), а В = ln К₀, т. е. равно логарифму числа столкновений за 1 сек в единице объема.

Если известны константы скорости К._г и К₃ при двух температурах Т₁ и Т₂, можно найти значение Е:

Таким образом, рост скорости реакции с повышением температуры объясняется тем, что с увеличением температуры увеличивается не только средняя кинетическая энергия молекул, но и одновременно резко возрастает доля молекул, обладающих энергией выше определенного уровня, т. е. доля активных молекул, способных к реакции.

Дата добавления: 2015-06-04