A hőmérséklet hatása a reakció sebességére
A kémiai reakciók sebességének nagymértékben függ a hőmérséklettől. Szerint egy empirikus szabály van't Hoff (1884), mint a hőmérséklet eléri a 10 fok a sebesség legtöbb reakció növeli a 2-4 alkalommal. Száma mutatja, hogy hány alkalommal a reakció sebessége fokozódik a hőmérséklet emelkedik 10 fok nevezik hőmérsékleti együttható (γ) a reakció sebességét.
Azonban, végzett számítások szerint a molekuláris gázok kinetikus elméletét és folyadékok azt mutatják, hogy az ütközések számát a reagáló molekulák nagyon nagy, és a melegítést 100 ° C hőmérsékleten enyhén növekszik. Ha minden ütközés befejeződött kémiai reakció, szinte az összes reakciót véget ért azonnal, mint egy robbanás. Azonban ez nem történik meg. Ez azt jelenti, nem olyan ütközése molekulák a reagensek képződéséhez vezet a reakció termékek.
Svéd kémikus Svante Arrhenius 1889-ben azt javasolta, hogy a reakció csak azokat szembe molekulák, amiknek a kinetikus energia meghalad egy bizonyos minimális érték jellemző erre a reakció aktiválási energiát. Az ilyen molekulákat kapunk elnevezési aktív.
A molekula más mozgási energiát, és így egyenetlen mozgás sebessége. Speciális matematikai statisztikai módszerek és a valószínűségszámítás, minden hőmérséklet és így kvantitatív leírása ez forgalmazás (Maxwell).
Ábra. 3. megoszlása molekuláris oxigénnel sebességek különböző hőmérsékleteken
Maxima a görbék a legvalószínűbb sebesség ugyanazon a hőmérsékleten.
Például 20 ° C-on körülbelül 10% az oxigén molekulák ot meghaladó sebesség 700 m / s. A frakciót 100 ° molekulák ot meghaladó sebesség 700 m / s, akkor válik egyenlő 17%.
Ez a plusz energia, amely ahhoz szükséges, hogy a molekulák a reagensek annak érdekében, hogy azok az aktív, az úgynevezett aktiválási energia Ea. Ez attól függ, a természet a reagensek, és fontos jellemzője minden kinetikus kémiai reakció.
Arrhenius egyenlet a reakció sebességi állandója és annak aktiválási energia:
ahol: k - reakciósebességi állandó;
Egy -predeksponentsialny faktor (Arrhenius faktor) konstans ebben a reakcióban;
e- bázis a természetes alapú logaritmus;
EA- aktiválási energia, J / mol;
T - a hőmérséklet, K;
R - egyetemes gázállandó 8,314 J / mol K.
A fenti egyenlet nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a aktiválási energiát, a kisebb a reakció sebességi állandója. Ezért a reakciót nagyon kis értékekkel Ea (kevesebb, mint 40 kJ / mól) fordulnak elő szinte azonnal. Ha az EA nagyon nagy (nagyobb, mint 120 kJ / mol), így például, abban az esetben az oxidációs molekuláris nitrogén vagy kén-dioxid oxigénnel, majd a reakcióelegyet nem lehet kimutatni a normál hőmérsékleten.
Egy fontos tényező, amely befolyásolja a kémiai reakciók sebességének a természete a keletkező köztitermékek, amelyek elnevezése a kémiai kinetika az aktivált komplexek vagy átmeneti állapotokra. A saját oktatási és szükséges aktiválási energiát.
Tekintsük a példát a kölcsönhatás a gőzfázisban a hidrogén és jód alkotnak hidrogén-jodid:
H2 + I2 → 2 HI + 15,9 kJ
A kémiai konverziós a kiindulási rendszer az energia állapot (a teljes entalpiáját ΣHiskh összes alkatrészt.) Lesz a végső állapotban (a teljes entalpiáját ΣHprod.) A változás entalpia AH = -15,9 kJ.
Kölcsönhatásba csak a molekulák, amelyek az energia egyenlő vagy nagyobb, mint az aktiválási energia. Amikor közeledik H2 és I2 aktív molekulák felmerül köztes állapot - aktivált komplex specifikus konfigurációs:
4. ábra. Konfiguráció aktivált komplex
Az aktivált komplex molekula a kiindulási anyagok még nem teljesen eltűnt, és a molekulák a reakció termékek nem teljesen képződik. Ezért lényegében ez egy átmeneti, instabil, és van egy nagyon rövid idő alatt. Szétesik gyorsan HI, hogy kialakítsuk a végső reakcióterméket.
A számítások azt mutatják, hogy a reakció előrehaladását képződése útján aktivált komplex igényel alacsonyabb aktiválási energiát, mint a megjelenése új kapcsolatok, miután a teljes molekuláris disszociáció a kiindulási anyagok. Kísérletileg az aktiválási energiával ennek a reakciónak (170,5 kJ / mól) sokkal kisebb, mint az energia a teljes törés a kötések a molekulák jód és hidrogén (580,5 kJ / mól). Ezért a legtöbb kémiai reakciók révén megy végbe a kialakulását aktivált komplexek. A formáció az aktív komplexek az a jelenség, a katalízis.