Зависимость скорости реакции от температуры

Как было сказано, скорость гомогенной химической реакции зависит от тем­пературы. Эту зависимость приближенно выражают эмпирическим правилом Вант-Гоффа: при увеличении температуры на 10 градусов скорость гомогенной химической реакции возрастает в 2 — 3 раза. Число γ, которое показывает, во сколько раз возрастает скорость реакции при увеличении температуры на 10 град, называют температурным коэффициентом скорости реакции. Нижний ин­декс при γ показывает температуру, которой соответствует константа. Вычис­ляют температурный коэффициент скорости реакции по уравнению:

(13)

Самое простое объяснение факта возрастания скорости реакции с увеличением температуры, которое первым приходит в голову, связано с тепловым движени­ем частиц (атомов, молекул). С увеличением температуры повышается скорость движения частиц, возрастает вероятность их столкновения, и, как следствие, увеличивается скорость реакции.

Но оказывается, что не любое столкновение частиц приводит к химиче­ским превращениям. Столкновения будут эффективными при условии, что сталкивающиеся частицы обладают некоторым запасом энергии необходимым для разрыва старых связей и образования новых. Молекулы несущие эту избы­точную энергию называются активными, а сам избыток энергии - энергией ак­тивации.

Зависимость скорости химической реакции от температуры более точно выражают уравнением Аррениуса:

(14)

или после потенцирования получим:

где к — константа скорости реакции; R — газовая постоянная; Т — абсо­лютная температура; Е_а — энергия активации; к_о – предэкспоненциальный множитель.

Энергия активации — это минимальная энергия, которой должны обла­дать реагирующие молекулы, чтобы их столкновение приводило к химическому взаимодействию. Энергию активации выражают в джоулях на моль (Дж/моль). После преобразования уравнения Аррениуса, если известно значение константы скорости при температуре Т₁ и Т₂, получают довольно простое выражение

(15)

где к_t2 — константа скорости реакции при температуре Т₂; k_t1 − константа ско­рости реакции при температуре Т₁; R — газовая постоянная. Следовательно, найдя из опытных данных константы скорости реакции при двух температурах, можно аналитически рассчитать энергию активации данной реакции.

Чаще всего прибегают к графическому способу определения энергии ак­тивации. Для чего выражение (14) представляют в координатах: lnk - 1/T. На графике получается прямая линия, тангенс угла наклона которой равен:

Тангенс угла наклона рассчитывают по отношению катетов треугольника.

Лабораторная работа.