III. Влияние температуры

В небольшом интервале температур достаточно точным является правило

 Вант – Гоффа:

При повышении температуры на 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2 – 4 раза.

V_t2 = V_t1 g ^t₂^-t₁^/10

g ( гамма) – температурный коэффициент реакции, он показывает, во сколько раз изменится скорость реакции при повышении температуры на 10 градусов.

V_t1- скоростьпри температуре t_1, V_t2 - скоростьпри температуре t₂.

Температурный коэффициент для разных реакций различен. При обычных температурах его значение для большинства реакций лежит в пределах от 2 до 4.

Для более широкого интервала температур зависимость константы скорости k от температуры описывается уравнением Аррениуса  (1889 г.):

k = k₀× e ^-Ea/RT

или в логарифмической форме: lnk = lnk₀ - E_a/RT,

где k₀ - предэкспоненциальный множитель, имеющий смысл максимально возможного значения константы скорости при нулевой энергии активации или бесконечно высокой температуре, когда все столкновения молекул реагентов становятся активными.

k – константа скорость реакции;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль×К;

e – основание натурального логарифма;

T – температура в градусах Кельвина;

Е_а – энергия активации, Дж/моль.

Влияние температуры на скорость реакции объясняет теория активации. Не все соударения молекул приводят к взаимодействию, а только эффективные, с образованием активных молекул, обладающих энергией, достаточной для взаимодействия (Е_а). Энергия активации, это минимальная энергия, которой должна обладать система, что бы произошло взаимодействие.

Пусть мы имеем реакцию: А + B → C + D. Изменение энергии такой системы выражается графиком, представленным на рис.2.

Рис.2 Зависимость энергии системы от координаты реакции. (Еа¹- энергия активации каталитической реакции)

АК(активированный комплекс) – неустойчивое образование, в котором ослабляются и удлиняются связи, разрываемые в ходе реакции.

Рассмотрим на примере реакции:   H₂ + Cl₂ → 2HCl

H           Cl          H - - - - Cl                H – Cl

|    +  |    →   |              |       →      

H           Cl          H - - - - Cl                H – Cl

Исходные вещества Активированный            Продукты реакции

                                 комплекс

Координата реакции - это путь от исходного состояния в конечное через активированный комплекс

Е_а различных реакций различна. Посредством этого фактора сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции. Если Е_а<40 кДж/моль (т.е. мала), то скорость такой реакции велика (например, ионные реакции в растворах и радикальные реакции протекают практически мгновенно). Если  Е_а>120 кДж/моль (т.е. очень значительна), то скорость такой реакции незначительна (например, реакция синтеза аммиака N₂+3H₂=2NH₃ – скорость этой реакции при обычных температурах вследствие высоких значений Е_а настолько мала, что заметить её протекание практически невозможно).