Влияние температуры на скорость химической реакции

 

Скорость реакции возрастает с увеличением температуры. Вант-Гофф описал эту зависимость уравнением:

v =v_o γ ^{Δ t/10},

где v_o –начальная скорость, Δ t - разность температур, γ – температурный коэффициент 4> γ > 2.

Согласно уравнению Вант-Гоффа с ростом температуры на 10 градусов скорость реакции возрастает в 2-4 раза.

Более точное описание зависимости скорости реакции от температуры дал Аррениус: v = v_oe^-Ea/RT

где v_o- начальная скорость, e- экспонента, Е^а –энергия активации, R –универсальная газовая постоянная, Т – температура Кельвина (Т= 273^о + t^oC). Уравнение Аррениуса для константы равновесия выглядит следующим образом:

k= k_oe^-Ea/RT

k_o - предэкспонента, она зависит от ориентации молекул относительно друг друга, от растворителя, от вероятности эффективных столкновений молекул.

На рисунке 4 приведена зависимость энергии системы от координаты реакции. Для простого случая, распада А–В на А + В, координата реакции - расстояние между А и В. В начале кривой – энергия субстратов, максимум кривой соответствует энергии переходного состояния, в конце кривой – энергия конечных продуктов.

Энергия активации – это энергетический барьер, который должны преодолеть молекулы субстрата, чтобы превратиться в продукты реакции.

S*

E

 

 

Ea P

S

 

 

r

Рис. 4. Графическое определение энергии активации Е_А.

Молекулы субстрата распределены по энергии экспоненциально. Чем меньше энергия молекул, тем больше таких молекул. Молекул с высокой энергией мало. Только те молекулы энергия, которых выше, чем энергия активации могут превратиться в продукты реакции. Такие молекулы называются «горячими». При столкновениях молекулы обмениваются энергией и возникают молекулы, энергия которых выше энергии активационного барьера.

Чем выше температура, тем больше частота столкновений молекул и тем большее число молекул приобретает возможность преодолеть энергетический барьер. Поэтому с ростом температуры скорость реакции возрастает экспоненциально:

V

 

t⁰