Зависимость скорости химической реакции от температуры

Скорость химической реакции при данной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени, равной стехиометрическому коэффициенту, стоящему перед формулой данного вещества в уравнении реакции.

Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

Говорить о скорости химической реакции имеет смысл, если природа реагирующих веществ позволяет им вступать в химическое взаимодействие. Например, природа реагирующих веществ позволяет протекать первой и второй реакции, но не позволяет третьей.

1. Mg + O₂ 2MgО

2. Zn + 2HCl ZnCl₂ + H₂↑

3. NaOH + KOH ≠

2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действия масс, который был установлен в 1867г опытным путем Гульдбергом и Вааге.

Закон действия масс справедлив только для наиболее простых по своему механизму реакций взаимодействия, протекающих в газах или в разбавленных растворах.

Для гомогенных реакций:

1.aA(_Ж) + bB_(Ж) ↔ cC_(Ж) + dD_(Ж) ; (T=const)

2. 3H_2(Г) + N_2(Г) ↔ 2NH_3(Г);

Для гетерогенных реакций:

1. aA_(т) + bB_(Г) = cC_(Г) + dD_(Г); 2. С _(т)+О_2(Г)=СО_2(Г);

В законе действия масс не учитываются концентрации веществ, находящихся в твердой фазе. Чем больше площадь поверхности твердой фазы, тем выше скорость химической реакции.

k – константа скорости химической реакции определяется природой реагирующих веществ и зависит от температуры, от присутствия в системе катализатора, но не зависит от концентрации реагирующих веществ. Константа скорости представляет собой скорость химической реакции ( ), если концентрации реагирующих веществ .

3. Зависимость скорости химической реакции от давления. Для газообразных систем увеличение давления или уменьшение объема, равноценно увеличению концентрации и наоборот.

Задача: Как изменится скорость химической реакции 2SO_2(г) + O_2(г) 2SO_3(г), если давление в системе увеличить в 4 раза?

В соответствие с законом действия масс для прямой реакции, записываем выражение:

, пусть [SO₂]=a моль/л, [O₂]=b моль/л, тогда по закону действия масс

Уменьшение объема в 4 раза соответствует увеличению концентрации в системе в 4 раза, тогда

;

.

Влияние температуры на скорость химической реакции приближенно определяется правилом Вант-Гоффа. При повышении температуры на 10⁰С скорость химической реакции возрастает в 2-4раза.

Математическая запись правила Вант-Гоффа: γ - температурный коэффициент скорости реакции или коэффициент Вант-Гоффа для большинства реакций лежит в пределах 2-4.

Задача. Во сколько раз изменится скорость химической реакции, протекающей в газовой фазе, если температура изменилась от 80 ⁰С до 120 ⁰С (γ = 3)?

В соответствии с правилом Вант-Гоффа записываем:

Увеличение скорости химической реакции при повышении температуры объясняется не только увеличением кинетической энергии взаимодействующих молекул. Например, число столкновений молекул растет пропорционально корню квадратному из абсолютной температуры . При нагревании веществ от нуля до ста градусов по Цельсию, скорость движения молекул возрастает в 1,2 раза , а скорость химической реакции возрастает примерно в 59 тысяч раз. Такое резкое увеличение скорости реакции с ростом температуры объясняется долей активных молекул, столкновения которых приводит к химическому взаимодействию. Согласно теории активных столкновений в реакцию вступают только активные молекулы, энергия которых превышает среднюю энергию молекул данного вещества, т.е. молекулы, обладающие энергией активации.

Энергия активации (E_А) – это тот избыток энергии по сравнению со средним запасом, которым должны обладать молекулы для осуществления химической реакции. Если Е_А< 40 кДж/моль – реакции протекают быстро, если Е_А > 120 кДж/моль – реакции не идут, если Е_А = 40-120 кДж/моль – реакции протекают в обычных условиях. Повышение температуры снижает энергию активации, делает вещества более реакционно-способными, скорость взаимодействия при этом увеличивается.

Более точную зависимость скорости химической реакции от температуры установил C.Аррениус: константа скорости реакции пропорциональна основанию натурального логарифма, возведенного в степень (–Е_А/RT). ,

А – предэкспоненциальный множитель, определяет число активных

соударений;

е – экспонента (основание натурального логарифма).

Логарифмируя выражение , получим уравнение:

. Уравнение Аррениуса показывает, что скорость реакции тем выше, чем меньше энергия активации. Для снижения энергии активации используют катализаторы.

Дата добавления: 2014-11-29