2.8 : Влияние изменения температуры на скорость реакции

Уравнение Аррениуса,

связывает энергию активации и константу скорости k для многих химических реакций.

В этом уравнении R — постоянная идеального газа, имеющая значение 8,314 Дж/моль·К, T — температура в кельвинах, E_a — энергия активации в джоулях на моль, e — константа, равная 2,7183, а A - это постоянная, называемая частотным фактором, которая связана с частотой столкновений и ориентацией реагирующих молекул.

Частотный фактор A отражает, насколько хорошо условия реакции благоприятствуют правильно ориентированным столкновениям между молекулами реагентов. Повышенная вероятность эффективно ориентированных столкновений приводит к увеличению значений A и более высокой скорости реакции.

Экспоненциальный член e^−Eₐ/RT описывает влияние энергии активации на скорость реакции. Согласно кинетической молекулярной теории, температура вещества является мерой средней кинетической энергии составляющих его атомов или молекул: более низкая энергия активации приводит к более значительной доле молекул с адекватной энергией и более быстрой реакции.

Экспоненциальный член также описывает влияние температуры на скорость реакции. Более высокая температура представляет собой соответственно большую долю молекул, обладающих достаточной энергией (RT) для преодоления активационного барьера (E_a). Это дает более высокое значение константы скорости и, соответственно, более высокую скорость реакции.

Минимальная энергия, необходимая для образования продукта при столкновении реагентов, называется энергией активации (Е_а). Разница в требуемой энергии активации и кинетической энергии, обеспечиваемой сталкивающимися молекулами реагентов, является основным фактором, влияющим на скорость химической реакции. Если энергия активации намного больше средней кинетической энергии молекул, реакция будет происходить медленно, так как лишь немногим быстро движущимся молекулам будет достаточно энергии для реакции. Если энергия активации намного меньше средней кинетической энергии молекул, большая часть молекул будет обладать достаточной энергией, и реакция будет протекать быстро.

Диаграммы реакций широко используются в химической кинетике для иллюстрации различных свойств интересующей реакции. Он показывает, как меняется энергия химической системы в ходе реакции, превращающей реагенты в продукты.