yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Фізика->Содержание->§4.4 Влияние температуры на скорость               химических реакций

Физическая химия

§4.4 Влияние температуры на скорость               химических реакций

            Известно, что скорость большинства химических реакций увеличивается с повышением температуры. Количе-

ственно влияние температуры на скорость реакций можно оценить двумя путями.

            Для реакций в растворах, протекающих при сравнительно низких температурах, можно использовать эмпирическое правило Вант Гоффа:

При повышении температуры на каждые 10о С скорость реакции возрастает в 2 – 4 раза.

            Более точно и научно обоснованно влияние температуры на скорость реакции описывает теория активных столкновений, основы которой предложены шведским учёным С.Аррениусом. Суть этой теории отражена в трёх её положениях:

1        Для того чтобы прореагировать, молекулы реагентов должны столкнуться.

2        Чтобы столкновения частиц действительно привели к химическому превращению, избыточная энергия сталкивающихся молекул должна превышать энергию активации (Еа), т.е. молекулы реагентов должны преодолеть некий потенциальный барьер.

 

Энергией активации химической реакции называют избыточную энергию, которой должны обладать молекулы в момент столкновения, чтобы прореагировать.

            Молекулы, имеющие избыточную энергию, больше, чем энергия активации, называются активными молекулами. В зависимости от доли активных молекул, скорость реакции может быть больше или меньше. Зависимость константы скорости реакции от температуры и энергии активации описывает уравнение Аррениуса

.

Здесь k0 – предэкспоненциальный множитель – постоянная величина.

            Одной из проблем химической кинетики является нахождение k0 и Еа по экспериментальным данным. В качестве примера рассмотрим методику нахождения значений этих величин для реакции

С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С6Н12О .

                     Сахароза                  Глюкоза   Фруктоза

            Была изучена кинетика этой реакции в присутствии серной кислоты концентрации 1,45 моль/л при различных температурах. По экспериментальным данным строится график зависимости ln k – 1/T. Исходя из уравнения Аррениуса, – это линейная зависимость (рис.4). Находится уравнение прямой, и  сопоставлением его с прологарифмированным уравнением Аррениуса

ln k = ln k0 -

рассчитываются искомые величины:

Ea = 12064∙R = 12064∙8,314 = 100300 Дж/моль,

k0 = e36,729 = 8,94 ∙ 1015.

 

 

 

Рисунок 4 - Нахождение коэффициентов уравнения Аррениуса

            Для некоторых химических реакций, особенно в органической химии, даже при больших долях активных молекул скорость реакций оставалась незначительной. Теория активных столкновений объясняет это особенностями столкновения молекул.

3        Молекулы перед столкновением должны быть сориентированы друг относительно друга определённым образом.

Нужный вариант относительной ориентации приводит к реакции, в противном случае взаимодействия не происходит. Из термодинамики известно, что функция, характеризующая беспорядок в системе (движение молекул), - это энтропия. В соответствии с третьим положением теории уравнение Аррениуса было преобразовано:

.

В этом уравнении Sa  - энтропия активации химической реакции. Энтропия активации, как и энергия активации, может быть найдена из экспериментальных данных.

 

15