Глава 16. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Скорость большинства химических реакций, как правило, увеличивается с повышением температуры, что связано с ростом интенсивности движения реагирующих частиц, а следовательно, и увеличением числа столкновений реагентов в единицу времени. Именно поэтому нагревание представляет собой прием, распространенный в химической практике.

Для гомогенных реакций с повышением температуры на 10 К скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Эта химическая эмпирическая зависимость известна как правило Вант-Гоффа:

где γ - температурный коэффициент скорости реакции; k_T+10 и k_T - константы скоростей при соответствующих температурах. Или для произвольно выбранных температур:

где T₂ > T₁.

Правило Вант-Гоффа носит весьма приближенный характер. Оно было установлено для реакций в растворах, протекающих при сравнительно низких температурах.

Строго обоснованную зависимость константы скорости химической реакции от температуры можно найти, пользуясь уравнением изобары:

Запишем тепловой эффект реакции как разность двух величин ∆H = E₁ - E₂, тогда выражение 16.1 можно написать в виде:

Можно считать, что слагаемые правой и левой части уравнения 16.2 равны попарно:

Отбрасывая индексы, можно записать в общем виде:

где k - константа скорости реакции, E_a - энергия активации реакции, смысл которой будет рассмотрен ниже.

Это уравнение, получившее название «уравнение Аррениуса», показывает зависимость константы скорости реакции от температуры.

Для понимания природы и физического смысла энергии активации (E_a) обратимся к энергетической диаграмме химической реакции, где ось ординат определяет энергетическое состояние системы как функцию течения процесса (рис. 16.1), координатой реакции. Координата реакции - это, в свою очередь, сложная функция межмолекулярных расстояний между частицами взаимодействующих реагентов и продуктов.