Влияние температуры на скорость химических реакций

Зависимость концентрации реагентов от времени для реакции второго порядка.

В реакциях типа А + В —> D +... скорость

прямо пропорциональна произведению концентраций:

Начальные концентрации веществ: [А]_о = а, [В]_о = b; текущие концентрации: [А] = а - x(t), [В] = b - x(t).

При решении этого уравнения различают два случая.

1) Одинаковые начальные концентрации веществ А и В: а = b. Кинетическое уравнение имеет вид:

Решение этого уравнения записывают в различных формах:

Период полураспада веществ А и В одинаков и равен:

2) Начальные концентрации веществ А и В различны: Кинетическое уравнение имеет вид:

Решение этого уравнения можно записать следующим образом:

Периоды полураспада веществ А и В различны:

Скорость большинства реакций увеличивается с ростом температуры, т.к. при этом возрастает энергия сталкивающихся частиц и повышается вероятность того, что при столкновении произойдет химическое превращение. Для количественного описания температурных эффектов в химической кинетике используют два основных соотношения - правило Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса.

Правило Вант-Гоффа заключается в том, что при нагревании на

10 °С скорость большинства химических реакций увеличивается в 2 - 4 раза. Математически это означает, что скорость реакции зависит от температуры степенным образом: где у - температурный коэффициент скорости .

Правило Вант-Гоффа довольно грубо описывает экспериментальные данные и применимо только в очень ограниченном интервале температур. Гораздо более точным является уравнение Аррениуса, описывающее температурную зависимость константы скорости: где R-универсальная газовая постоянная.

Это уравнение содержит два параметра, характеризующих химическую реакцию: А - предэкспоненциальный множитель, который не зависит от температуры, а определяется только видом реакции; Е_А - энергия активации, которую можно охарактеризовать как некоторую пороговую энергию, характеризующую высоту энергетического барьера на пути реакции. Энергия активации также не зависит от температуры. Для большинства реакций в растворе энергия активации

составляет 50-100 кДж/моль.

Экспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса можно интерпретировать, как долю молекул, энергия которых превышает ЕА при температуре Т. В самом деле, если рассмотреть больцмановскую функцию распределения по энергии: , то доля молекул с Е > Е_А дается выражением: .

Дата добавления: 2015-06-04