Влияние температуры на скорость химической реакции

Это влияние определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10⁰С скорость гомогенной химической реакции увеличивается в 2 ÷ 4 раза.

V(t₂) = V(t₁) ∙ γ^(∆t/10)

V(t₂) и V(t₁) – скорости реакции при температуре t₂ и t₁.

γ – температурный коэффициент = 2 ÷ 4, показывает во сколько раз увеличилась скорость реакции при увеличении температуры на 10⁰С.

∆t = t₂ – t₁.

Для биохимических реакций температурный коэффициент при увеличении температуры на 10⁰С получить нельзя, а только на 5⁰С, и γ = 1,1 ÷ 1,8 раз.

Правило Вант-Гоффа работает при температуре от 0⁰С до 100⁰С. Для более высоких температур используют правило Аррениуса. Аррениус предположил, что не всякое столкновение молекул ведет к химическому взаимодействию. В реакцию вступает только небольшая часть от общего количества молекул, обладающих необходимым или большим запасом энергии для протекания реакции. Энергия активации – E_a – избыточное количество энергии по сравнению со средней величиной, которой должна обладать молекула в момент столкновения, что бы быть способной к химическому взаимодействию. Чем меньше энергия активации, тем выше скорость реакции.

U ак A + B = C + D U – внутренняя энергия

активированный комплекс

Е_а

∆Н

A+B

C+D

ход реакции

Рис.: энергия активации.

Энергия активации затрачивается на ослабление связей между атомами в молекулах реагирующих веществ. При этом вещества переходят в неустойчивое промежуточное состояние, называемое активированным комплексом.

Уравнение Аррениуса для расчета энергии активации:

(dlnK / dT) = (E_a /RT²)

E_a = (RT₁T₂ / (T₂-T₁)) ∙ ln(K_T2/K_T1)

где K_T2 и K_T1 – константы равновесия при температуре T₂ и T₁, соответственно.

Высокое значение энергии активации реакции нежелательно, так как это означает, что на пути к ее осуществлению стоит высокий энергетический барьер. Для большей части биохимических реакций Е_а ниже в 2 ÷ 3 раза, чем для химических, так как они протекают в присутствии ферментов, которые понижают Е_а. Тем не менее, энергия активации разрушения биологических структур очень высокая, что способствует защите клеток от повреждений. Скорость реакции можно увеличить путем снижения энергии активации, которое осуществляется за счет введения в реакционную среду катализатора.

Дата добавления: 2014-01-07