 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Зависимость скорости реакции от температуры
|
|
При повышении температуры скорость реакций, как правило, резко возрастает. Например, при комнатной температуре скорость взаимодействия водорода с кислородом практически нулевая, при температуре 400 °С она делается заметной, хотя и остается небольшой, а при температуре 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:
(11)
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.
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:
В состоянии активированного комплекса 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.
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 Е а и обычно выражают в [кДж/моль]. Молекулы, обладающие такой энергией, называются активными молекулами.
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 Еа. Количество молекул N, обладающих иным запасом энергии, будет меньшим, чем больше их энергия отличается от Е W.
На рисунке 6.2 (кривая 1) показано типичное распределение молекул по энергии при постоянной температуре t 1. При повышении температуры до t2 Е W возрастает (Е W2 > Е W1), 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 Еа (заштрихованная область на рисунке). Это и является причиной резкого увеличения скорости химических реакций при повышении температуры.
1 – при температуре t1, 2 – при температуре t 2 > t 1
Рисунок 6.2 – Распределение молекул по энергии
Зависимость скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:
(12)
где k – константа скорости реакции; А – коэффициент, отражающий природу реагирующих веществ; Еа – энергия активации для данного процесса; R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура.
Дата публикования: 2015-09-17; Прочитано: 557 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
