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 , которое показывает, во сколько раз возрастает скорость реакции при увеличении температуры на 10 град, называют температурным коэффициентом скорости реакции. Нижний индекс при 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; Еа — энергия активации; ко – 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 кt2 — константа скорости реакции при температуре Т2; kt1 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.