Физическая химия
Вопросы - Химия
Другие вопросы по предмету Химия
и иода (Н2 + I2 = 2НI) Еа = 167,4 кДж/моль, а для распада иодоводорода (2НI = Н2 + I2) Еа = 186,2 кДж/моль.
Энергия активации Еa зависит от природы реагирующих веществ и служит характеристикой каждой реакции. Эти представления поясняются рисунком
На примере реакции в общем виде А2 + В2 = 2АВ. Ось ординат характеризует потенциальную энергию системы, ось абсцисс - ход реакции: исходное состояние > переходное состояние > конечное состояние. Чтобы реагирующие вещества А2 и В2 образовали продукт реакции АВ, они должны преодолеть энергетический барьер С. На это затрачивается энергия активации Еа, на значение которой возрастает энергия системы. При этом в ходе реакции из частиц реагирующих веществ образуется промежуточная неустойчивая группировка, называемая переходным состоянием или активированным комплексом (в точке С), последующий распад которого приводит к образованию конечного продукта АВ. Механизм реакции можно изобразить схемой
исходные реагенты (начальное состояние системы) активированный комплекс (переходное состояние) продукты реакции (конечное состояние системы)
Если при распаде активированного комплекса выделяется больше энергии, чем это необходимо для активации частиц, то реакция экзотермическая. Примером эндотермической реакции служит обратный процесс - образование из вещества АВ веществ А2 и В2: 2АВ = А2 + В2. В этом случае процесс протекает также через образование активированного комплекса А2В2, однако энергия активации больше, чем для прямого процесса: Еа = Еа + ?H (?H - тепловой эффект реакции). Для протекания эндотермических реакций требуется подвод энергии извне.
Как видно из рисунка
Разность энергий конечного состояния системы (Hкон) и начального (Hнач) равна тепловому эффекту реакции:
?H = Hкон - Hнач.
Скорость реакции непосредственно зависит от значения энергии активации: если оно мало, то за определенное время протекания реакции энергетический барьер преодолеет большое число частиц и скорость реакции будет высокой, но если энергия активации велика, то реакция идет медленно.
При взаимодействии ионов энергия активации очень мала и ионные реакции протекают с очень большой скоростью (практически мгновенно).
Уравне?ние Арре?ниуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции .
Согласно простой модели столкновений химическая реакция между двумя исходными веществами может происходить только в результате столкновения молекул для кинетической энергии молекул известно, что число молекул, обладающих энергией , пропорционально
В результате скорость химической реакции представляется уравнением, которое было получено шведским химиком Сванте Аррениусом из термодинамических соображений
Здесь характеризует частоту столкновений реагирующих молекул, универсальная газовая постоянная .
В рамках теории активных соударений зависит от температуры, но эта зависимость достаточно медленная
Оценки этого параметра показывают, что изменение температуры в диапазоне от 200 C до 300 C приводит к изменению частоты столкновений A на 10 %.
В рамках теории активированного комплекса получаются другие зависимости от температуры, но во всех случаях более слабые, чем экспонента.
Уравнение Аррениуса стало одним из основных уравнений химической кинетики, а энергия активации - важной количественной характеристикой реакционной способности веществ.
. Зависимость скорости реакции от температуры определяют в соответствии с так называемым правилом Вант-Гоффа, которое в 19 в. сформулировал голландский химик Якоб Вант-Гофф . Это чисто эмпирическое правило, т.е. правило, основанное не на теории, а выведенное из опытных данных. В соответствии с этим правилом, повышение температуры на 10 приводит к увеличению скорости в 2-4 раза. Математически эту зависимость можно выразить уравнением v2v1 = g (T2 - T1)/10, где v1 и v2 - скорости реакции при температурах Т1 и Т2; величина g называется температурным коэффициентом реакции. Например, если g = 2, то при Т2 - Т1 = 50о v2/v1 = 25 = 32, т.е. реакция ускорилась в 32 раза, причем это ускорение никак не зависит от абсолютных величин Т1 и Т2, а только от их разности.Правило Вант-Гоффа заключается в том, что при нагревании на 10 оС скорость большинства химических реакций увеличивается в 2 4 раза. Математически это означает, что скорость реакции зависит от температуры степенным образом