Закон Аррениуса

Константа скорости элементарной реакции при постоян­ных концентрациях реагирующих веществ зависит от темпе­ратуры но закону Аррениуса

, (69)

где E – энергия активации, Дж/моль; — частотный фактор, учитывающий общее столкновение молекул, размерность совпадает с размерностью k.

Чтобы произошел один элементарный акт химической реакции, необходимо столкновение молекул и их взаимодейст­вие. Число столкновений очень велико (численно оно пропор­ционально Т ^1/2), но не всякое столкновение приводит к ре­акции.

Пусть в процессе некоторой реакции один атом от моле­кулы А переходит к молекуле В, в результате чего образу­ются новые вещества С и D. Энергия ядра атома при химиче­ских реакциях не меняется, изменяется лишь энергия взаимодействия атома со всеми другими атомами. Условно зависимость энергии перехода атома от молекулы А к моле­куле В можно изобразить в виде кривой (рис. 4). Зависи­мость энергии атома от координаты реакции х имеет два локальных минимума (и максимум между ними). Ордината (·) А – энергия атома в молекуле А. Состояние в (·) А устойчиво по отношению к бесконечно малым внешним воз­действиям, иначе существование вещества А было бы невоз­можно. Ордината (·) В — энергия атома в молекуле В. Состояние в (·) В также устойчиво в малом.

Чтобы реакция произошла, т. е. чтобы атом смог перейти or молекулы А к молекуле В, нужно при столкновении моле­кул передать атому энергию, большую чем U₀—U_A. Атом должен преодолеть этот потенциальный барьер. Энергия U₀—U_A, проходящая через один моль вещества, и есть энергия активации:

,

где – количество молекул А, находящихся в одном моле.

Экспоненциальный множитель — E/(RT) в законе Аррениуса (69)называется активационным множителем. Он указывает долю столкновений от общего их числа, при которых может произойти реакция.

После завершения реакции энергия атома становится рав­ной . Величина — теплота реакции одного моля вещества. На рис. 4.

Рис. 4. Энергия перехода при превращениях молекул

переход от А к В — экзотермиче­ская реакция: >0. В случае обратной реакции атом преодолевает потенциальный барьер U₀—U_A более высокий, чем в прямой реакции; обратная реакция эндотерми­ческая, теплота поглощается, причем в том же количестве, в котором она выделилась в прямой реакции. Теплота реак­ции не имеет прямого отношения к численному значению потенциального барьера, т. е. нет связи между теплотой реакции и энергией активации.