Влияние температуры на скорость химическои реакции

Нс всякое столкновение между молекулами приводит к образованию новых веществ. Химическое взаимодействие происходит только между активными молекулами, обладающими большей энергией, чем средняя энергия молекул в системе. В любой системе молекулы отличаются друг от друга энергией. Распределение молекул по энергиям представлено графически (рис. 6.1) в виде кривой с максимумом, начинающейся из начала координат и не пересекающей ось ординат. Оно называется распределением Максвелла — Больцмана. Максимум кривой отражает долю молекул со средним значением энергии. С повышением температуры (Г₂ > Т_х) возрастает энергия молекул, увеличивается доля активных молекул, столкновение которых может привести к взаимодействию.

Рис. 6.1. Распределение молекул по энергиям (распределение Максвелла — Больцмана)

Избыток энергии молекул, необходимый, для того чтобы реакция началась, называется энергией активации.

Реакция начинается с разрыва или ослабления связей в молекулах реагирующих веществ, что требует энергетических затрат. Реагирующие вещества образуют неустойчивое промежуточное соединение, называемое активированным комплексом (рис. 6.2).

С повышением температуры увеличивается доля активных молекул в системе, а следовательно, и число результативных столкновений.

Скорость реакции увеличивается в 2—4 раза при повышении температуры на каждые 10 град (правило Вант-Гоффа):

где у — температурный коэффициент реакции, который показывает во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 град; и_г, и_(г+)0) — скорости реакции при температурах, различающихся на 10 град.

Рис. 6.2. Изменение энергии реакции:

Я_нач — энергия исходного состояния (исходных веществ);

Н_коп — энергия конечного состояния (продукты реакции);

АН — тепловой эффект реакции; — энергия активации обратной реакции; Е_а — энергия активации прямой реакции Более точно влияние температуры описывается экспериментально полученным уравнением Аррениуса:

где k — константа скорости реакции; Е._л — энергия активации, определяемая природой реакции; k₍₎ — предэкспоненциальный множитель, описывающий число результативных столкновений молекул (А) и благоприятную их ориентацию относительно друг друга, определяемую стерическим фактором (Р): k₍₎ — Л? Р.

Для результативного столкновения активных молекул часто необходима определенная ориентация в пространстве их функциональных групп. Поэтому реальное число результативных столкновений бывает меньше числа активных молекул.