Влияние температуры на скорость реакции

Согласно молекулярно-кинетической теории, число соударений молекул пропорционально , поэтому при увеличении температуры на 10^о скорость реакции должна возрастать на 1-2%. Однако, в действительности скорость реакций гораздо более чувствительна к изменению температуры. Так, если осуществить синтез воды при 20^оС даже на 15% практически невозможно (на это потребовалось бы 54 миллиарда лет), то при 500^оС для этого необходимо всего 50 минут, а при 700^оС реакция происходит мгновенно.

Зависимость скорости реакции от температуры приближённо описывается эмпирическим законом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства химических реакций возрастает в 2-

-4 раза.

Математическое выражение этой закономерности:

v_t = v₀ gⁿ или k_t = k₀ gⁿ

где v₀ (или k₀) – скорость реакции при температуре t_o;

v_t (или k_t) – скорость реакции при температуре t₁;

γ – температурный коэффициент скорости реакции;

– число десятков градусов изменения температуры.

Температурный коэффициент показывает, как увеличится скорость реакции при повышении температуры на 10 градусов; он имеет свое значение для каждой конкретной реакции, т. к. зависит от природы реагирующих веществ.

Определив экспериментально величину γ (или воспользовавшись справочными данными) можно приближённо рассчитать значение скорости при любой температуре (в относительно небольшом температурном интервале).

Более строго зависимость скорости от температуры описывается уравнением Аррениуса (см. п.1.3.4).

Большое влияние температуры на скорость реакций находит своё объяснение в теории активации. С ростом температуры средняя энергия молекул системы возрастает. На рис.10 кривые, относящиеся к температурам T₂ и T₃, смещены вправо – в сторону более высоких энергий по сравнению с кривой, относящейся к температуре Т₁; соответственно, увеличивается и доля молекул, обладающих энергией, превышающей энергию активации реакции, следовательно, число активных молекул, а значит и эффективных столкновений, также увеличивается, поэтому скорость реакции растёт:

v(T₁) < v(T₂) < v(T₃)

Рис.10. Распределение молекул по энергии при различных температурах:

Еср-средняя энергия молекул; Еа-энергия активации;

∆N/(N∆E)-доля молекул с определенной энергией.

Дата добавления: 2015-11-26