Влияние температуры на скорость реакции

Повышение температуры системы приводит к увеличению скорости реакции, так как увеличивается скорость движения молекул и возрастает число столкновений между молекулами.

Зависимость скорости реакции в первом приближении подчиняется правилу Вант-Гоффа: “при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции возрастает на величину температурного коэффициента (γ)” Для большинства химических реакций температурный коэффициент составляет от 2 до 4. Математическое выражение для эмпирического правила Вант-Гоффа имеет вид:

υ_t2 = υ_t1 ∙ γ ^Δt/10, где:

υ_t2 – скорость реакции при температуре t₂,

υ_t1 – скорость реакции при температуре t₁,

γ – температурный коэффициент,

Δ t = t₂ – t₁

Задача

Температурный коэффициент реакции равен 3. Температура системы повысилась на 30° С. Как изменится скорость реакции?

Решение

υ_t2/ υ_t1 = 2^30/10 = 2³ = 8 - скорость реакции возросла в 8 раз.

Значительные изменения скорости реакции от температуры объяснила кинетическая теория газов. Она позволила рассчитать, что к химическим реакциям приводят столкновения молекул с повышенной (избыточной по отношению к среднему уровню) энергией. Молекулы, обладающие необходимой для протекания реакции энергией, называются активированными молекулами. Избыточная энергия называется энергией активации (E_a). Связь константы скорости реакции с температурой выражается уравнением Аррениуса:

k = A ∙ e ^Ea/RT, где:

k – константа скорости реакции,

Е_а – энергия активации,

R – универсальная газовая постоянная,

Т – температура °К,

е – основание натурального логарифма.

Для реальных процессов энергия активации изменяется в пределах 40 – 120 кДж/моль. Для процессов с E_a< 40 кДж/моль скорость реакции характеризуется взрывом, процессы с E_a > 120 кДж/моль практически не идут.

Величина энергии активации зависит от природы реагирующих веществ и служит одним из параметров, определяющих скорость реакции.

Реакционную систему можно охарактеризовать тремя последовательно совершающимися состояниями.

Например: для реакции А₂ + B₂ = 2AB

A - A A - - A А А

+ → ¦ ¦ → ↓ + ↓

B - B B - - B В В

_{начальное состояние переходное состояние конечное состояние}

_{(исходные реагенты) (состояние активированного комплекса) (продукты реакции)}

Переходное состояние отвечает образованию активированного комплекса А₂ - - В₂. В этом комплексе происходит перераспределение электронной плоскости между атомами; начинают образовываться связи А – В, одновременно с разрывом связей А – А и В – В. Образование активированного комплекса требует затраты энергии. Именно энергию необходимую для перехода веществ в состояние активированного комплекса называют энергией активации.

Энергетические изменения в реагирующей системе можно представить схемой, на которой ось абсцисс характеризует ход реакции или путь реакции, а ось ординат потенциальную энергию системы (рис.4).

Рис.4Схема энергетических изменений системы в ходе реакции

Разность энергии конечного и начального состояния системы равна тепловому эффекту реакции: ∆H = Σ∆H_кон - Σ∆H_нач

Если при распаде активированного комплекса выделится больше энергии, чем это необходимо для активирования молекул – реакция экзотермическая (рис. 2), в противном случае – эндотермическая. Значит, чем больше в системе активных молекул, тем скорость больше.

Дата добавления: 2014-10-15