Влияние температуры на скорость реакции

При повышении температуры на каждые 10 ⁰скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза, и, наоборот, при понижении температуры – понижается соответственно во столько же раз.

Зависимость скорости реакции от температуры приближенно выражается уравнением Вант-Гоффа:

(45)

где и — константы скорости при температурах Т₁и Т₂; — температурный коэффициент скорости реакции (коэффициент Вант-Гоффа), для многих реакций у лежит в пределах 2-4.

Аналогично для скорости реакции справедливо выражение:

(46)

где и , — скорости реакции при температурах Т₁и Т₂ соответственно.

Шведский ученый С. Аррениус на основании экспериментальных данных показал, что число активных частиц, а, следовательно, скорость и константа скорости возрастает с температурой по экспоненциальному закону. Выведенная им зависимость константы скорости от температуры Т называется уравнением Аррениуса:

(47)

где k₀ - предэкспоненциальный множитель; R - универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль К); Т - абсолютная температура; - энергия активации, т.е. минимальная энергия, которой должны обладать сталкивающие молекулы, чтобы преодолеть потенциальный барьер, разделяющий исходное и конечное состояние системы. Понятие «энергия активации» позволяет свести все многообразие молекул различных веществ к обобщенной энергетической характеристике. Она зависит от природы реагирующих веществ и определяет механизм протекания реакции. Энергию активации определяют опытным путем и выражают в кДж/моль. Если энергия активации меньше 40 кДж/моль, то такая реакция протекает практически мгновенно. Реакции с > 150 кДж/моль при комнатной температуре не протекают. Энергия активации — важнейшее понятие химической кинетики; ее значения включают в специальные справочники и используют в химической технологии для расчета скоростей реакций в различных условиях.

Уравнение Аррениуса позволяет проводить более точные расчеты изменения скорости реакции с увеличением температуры, чем уравнение (5). Уравнение Аррениуса позволяет рассчитать

- константы скорости реакций для различных температур:

(48)

- энергию активации:

(49)

- предэкспоненциальный множитель:

(50)

Предэкспоненциальный множитель отражает частоту столкновения и ориентацию реагирующих частиц.