Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Зависимость скорости реакции от температуры


Доверь свою работу кандидату наук!
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь

Сумма показателей степени в кинетическом уравнении реакции называется порядком реакции (п).

В простой реакции или в какой-либо стадии сложной реакции могут принимать участие одна, две или три молекулы. Этот признак характеризует молекулярность реакции.

Молекулярность реакции

По этому признаку различают – мономолекулярные, бимолекулярные, тримолекулярные и т. д. реакции.

Мономолекулярные реакции представляют собой самопроизвольный распад одной молекулы, би- и тримолекулярные - результат соударения соответственно двух или трех молекул.

Вероятность осуществления реакции зависит от ее мо­лекулярности. Наиболее часты бимолекулярные реакции. Тримолекулярные реакции более редки, а тетрамолекулярные - поч­ти не встречаются.

Различают суммарный порядок реакции (т. е. сумма показа­телей степени в кинетическом уравнении) и частные порядки по какому-либо из реагентов, т. е. показатели степени при концентрации данного вещества в кинетическом уравнении.

Если сумма показателей степени в кинетическом уравнении составляет единицу, то реакцию называют реакцией первого порядка, если она равна двум — реакцией второго порядка и т. д. Порядок реакции может быть нулевым и дробным.

Если реакция имеет нулевой порядок, то скорость реакции не зависит от концентрации реагента:

 

V = k [А]0 = k

При повышении температуры скорость реакций, как прави­ло, резко возрастает. Например, при комнатной температуре скорость взаимодействия водорода с кислородом практически нулевая, при 400°С она делается заметной, хотя и остается небольшой, а при 600°С реакция протекает со взрывом.

Число, показывающее, во сколько раз увеличивается ско­рость реакции при повышении температуры на 10°С, называет­ся температурным коэффициентом скорости (γ) этой реакции.

Для большинства реакций γ равно 2-3 (правило Вант-Гоффа).

Зная величину γ, а также скорость реакции при одной температуре Т1, можно вычислить ее скорость при другой температуре Т2, воспользовавшись уравнением:



При расчетах по этому уравнению нетрудно заметить, что при повышении температуры скорость реакции возрастает очень резко. Так, если γ = 2, то повышение температуры, например, от 0 °С до 100 °С приводит к повышению скорости реакции в 2100/10=210=103 раз.

Объяснить столь резкое увеличение скорости реакции одним только увеличением числа соударений между частицами реа­гентов за счет возрастания скорости их движения (вычисляемой на основании кинетической теории газов) нельзя. Причина за­ключается в том, что для акта химического взаимодействия само по себе столкновение частиц реагентов еще недостаточно. Молекулы могут разойтись после столкновения, даже не прореагиро­вав. Доля "успешных" столкновений зависит как от природы взаимодействующих частиц, так и от энергии, которой они об­ладают.

Для того чтобы молекулы могли прореагировать, они должны обладать запасом энергии, равным или большим неко­торой величины, которая называется энергией активации а).

Если большое число молекул заключено при постоянной тем­пературе в некотором объеме, то за счет хаотических соударений в результате теплового движения запас энергии у разных моле­кул будет различным. Какая-то доля молекул будет обладать наиболее вероятным запасом энергии ЕW. Количество молекул N, обладающих иным запасом энергии, будет меньшим, чем больше их энергия отличается от ЕW.

Рисунок 2 – Распределение молекул по энергии:

1- При температуре Т1; 2– при температуре Т2, где Т2 > Т1.

 

На рис. 2 (кривая 1) показано типичное распределение моле­кул по энергии при постоянной температуре Т1. При повышении температуры до Т2 ЕWвозрастает (ЕW'2 > ЕW1), и кривая распределения молекул по энергии сдвигается в сторону больших энергий (кривая 2), что приводит к возрастанию во много раз доли молекул, обладающих энергией, равной или большей Еакт (заштрихованная область на рисунке). Это и является причиной резкого увеличения скорости химических реакций при повышении температуры.

 

Зависимость скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:

где k— константа скорости реакции;

А - предэкспоненциальный множитель (коэффициент, отражающий природу реагирующих веществ);

Еаэнергия активации для данного процесса;

R — универсальная газовая постоянная;

Т - абсолютная температура.

 

Если с помощью молекулярно-кинетической теории газов и жидкостей подсчитать число соударений между молекулами тех или иных веществ, при определенных условиях, то окажется, что число соударений столь велико, что все реакции должны протекать мгновенно. Однако в действительности далеко не все реакции заканчиваются быстро. Это противоречие можно объяснить, если предположить, что не всякое столкновение молекул реагирующих веществ, приводит к образованию продуктов реакции. Для того чтобы это произошло, необходимо сначала разорвать или ослабить связи между атомами в молекулах исходных веществ. На это надо затратить определенную энергию. Если сталкивающиеся молекулы не обладают такой энергией, то столкновение не приведет к обра­зованию новой молекулы.

Если же кинетической энергии сталки­вающихся молекул достаточно для ослабления или разрыва связей, то столкновение может привести к перестройке атомов с образова­нием переходного состояния (активированного комплекса) и затем к образованию молекулы нового вещества:

Итак, для акта химического взаимодействия необходимо, чтобы частицы реагентов как бы преодолели некий энергетиче­ский барьер - активационный барьер. Частицы, обладающие достаточной энергией, чтобы "взойти" на активационный барьер, образуют неустойчивую переходную группировку ато­мов, которую называют активированным комплексом (АК).

В состоянии АК связи в исходных частицах ослаблены, как бы надорваны, и уже образуются новые связи, которые, однако, еще не стали такими же прочными, как в конечных веществах. Энергия, которая выделяется при частичном образовании новых связей, от­части компенсирует энергию, необходимую для разрыва старых свя­зей, что понижает активационный барьер. Рассмотрим роль образо­вания АК на примере образования воды из водорода и кислорода.



Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества, называется энергией активации данной реак­ции. Ее определяют опытным путем, обозначают Еа и обычно выражают в [кДж/моль]. Молекулы, обладающие такой энергией, называются активными молекулами.

Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой
<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ | ЛЕКЦИЯ 1. При гетерогенном катализе катализатор и реагенты находятся в разных фазах, например газообразная реакционная смесь и твердый катализатор

Дата добавления: 2013-12-13; Просмотров: 776; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2022) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.014 сек.