Залежність швидкості хімічної реакції від температури

φ

Рис.3. Графічна залежність

lnk = – Е_а/RT + lnA

Залежність швидкості реакції від температури визначається правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні десять градусів швидкісь більшості реакцій збільшується в 2-4 рази: v = v , деv і v – швидкості реакції при температурах t₂ і t₁,  – температурний коефіцієнт швидкості.  = , коли різниця температурt₂–t₁ = 10, тобто коефіцієнт  показує, у скільки разів збільшиться швидкість реакції при підвищенні температури на 10 градусів. При концентраціях реагуючих речовин 1 моль/л швидкість реакції чисельно рівна константі швидкості k, тоді k= k·.

Функціональну за­ле­жність констан­ти швидкості хіміч­ної реакції k від температури встановив шведський вчений Ареніус (1889 р.); рівняння Ареніуса: k = А·е, де А – передекспоненціальний множник; Е_а– енергія активації, Т – температура.

Графічно виразити залежність можна так:

ln k = –Е_а/RT + lnA, тобто tg  = –(рис.3).

Енергія активації хімічної реакції

Хімічна взаємодія між молекула­ми, що стикаються, відбувається лише в тому випадку, коли енергія, якою вони володіють, вище певної енергії, харак­тер­ної для даної реакції, тобто вище її так званого енергетичного бар’єру. Всі молекули, запас енергії яких нижче енергетичного бар’єру реакції, знахо­дять­ся в особливому стані, який прийня­то називати перехідним або станом активованого комплексу. Система, що складається з активованого комплексу, характе­ризується тим, що в ній уже немає вихідних речовин, але ще немає і продуктів реакції. Схематично перехід вихідних речовин А і В в продукти реакції С і D через стан активованого комплексу А…...В представлений на рис.4,5.

Рис.4. Енергетична діаграма для екзотермічної реакції

Рис.5. Енергетична діаграма для ендотермічної реакції

Для того, щоб молекули вступили у взаємодію, необхідно не тільки щоб вони мали надлишок енергії, рівний Е_а, але і певну взаємну орієнтацію. Вплив просторової орієнтації молекул на швидкість реакції (або на константу швидкості) можна врахувати з допомогою так званого стеричного (імовірнісного) фактора Р: А = Р·z, А – множник в рівнянні Ареніуса; z – загальне число молекул реагуючих речовин, що стикаються.

Фотохімічні реакції

Реакції, що проходять під дією світла, називають фотохімічними. Молекули реагуючих речовин поглинають енергію випромінювання квантами h (h – cтала Планка;  – частота) і переходять в активний стан. Кожен квант поглинутого світла викликає елементарну хімічну реакцію. Закон фотохімічної екві­валентності: n = E/h, де Е – кількість енергії, поглинутої речовиною; n – число молекул, що прореагували. Відношення E/h називають квантовим виходом хімічної реакції.

Радіаційно-хімічні реакції прохо­дять під дією іонізуючого випромінювання (-випроміню­ван­ня, потік нейтронів). Ці реакції вивчає радіаційна хімія. Механохімія вивчає хімічні перетворення, що ініціюються або прискорюються механічними діями (ультразвукова обробка, надвисокі тиски, ударні хвилі твердих тіл і рідин).