Известно, что скорость большинства химических реакций увеличивается с повышением температуры. Количе-
ственно влияние температуры на скорость реакций можно оценить двумя путями.
Для реакций в растворах, протекающих при сравнительно низких температурах, можно использовать эмпирическое правило Вант Гоффа:
При повышении температуры на каждые 10о С скорость реакции возрастает в 2 – 4 раза.
Более точно и научно обоснованно влияние температуры на скорость реакции описывает теория активных столкновений, основы которой предложены шведским учёным С.Аррениусом. Суть этой теории отражена в трёх её положениях:
Для того чтобы прореагировать, молекулы реагентов должны столкнуться.
Чтобы столкновения частиц действительно привели к химическому превращению, избыточная энергия сталкивающихся молекул должна превышать энергию активации (Еа), т.е. молекулы реагентов должны преодолеть некий потенциальный барьер.
Энергией активации химической реакции называют избыточную энергию, которой должны обладать молекулы в момент столкновения, чтобы прореагировать.
Молекулы, имеющие избыточную энергию, больше, чем энергия активации, называются активными молекулами. В зависимости от доли активных молекул, скорость реакции может быть больше или меньше. Зависимость константы скорости реакции от температуры и энергии активации описывает уравнение Аррениуса
.
Здесь k0 – предэкспоненциальный множитель – постоянная величина.
Одной из проблем химической кинетики является нахождение k0 и Еа по экспериментальным данным. В качестве примера рассмотрим методику нахождения значений этих величин для реакции
С12Н22О11 + Н2О ? С6Н12О6 + С6Н12О .
Сахароза Глюкоза Фруктоза
Была изучена кинетика этой реакции в присутствии серной кислоты концентрации 1,45 моль/л при различных температурах. По экспериментальным данным строится график зависимости ln k – 1/T. Исходя из уравнения Аррениуса, – это линейная зависимость (рис.4). Находится уравнение прямой, и сопоставлением его с прологарифмированным уравнением Аррениуса
Для некоторых химических реакций, особенно в органической химии, даже при больших долях активных молекул скорость реакций оставалась незначительной. Теория активных столкновений объясняет это особенностями столкновения молекул.
Молекулы перед столкновением должны быть сориентированы друг относительно друга определённым образом.
Нужный вариант относительной ориентации приводит к реакции, в противном случае взаимодействия не происходит. Из термодинамики известно, что функция, характеризующая беспорядок в системе (движение молекул), - это энтропия. В соответствии с третьим положением теории уравнение Аррениуса было преобразовано:
.
В этом уравнении Sa - энтропия активации химической реакции. Энтропия активации, как и энергия активации, может быть найдена из экспериментальных данных.
.
.