20. Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант-Гоффа.

Правило Вант-Гоффа — эмпирическое правило, позволяющее в первом приближении оценить влияние температуры на скорость химической реакции в небольшом температурном интервале (обычно от 0 °C до 100 °C). Я. Х. Вант-Гофф на основании множества экспериментов сформулировал следующее правило: При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза.

Уравнение, которое описывает это правило, следующее:

где   — скорость реакции при температуре  ,   — скорость реакции при температуре  ,   — температурный коэффициент реакции (если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов).

Следует помнить, что правило Вант-Гоффа применимо только для реакций с энергией активации 60-120 кДж/моль в температурном диапазоне 10-400 ^oC. Правилу Вант-Гоффа также не подчиняются реакции, в которых принимают участие громоздкие молекулы, например, белки в биологических системах. Температурную зависимость скорости реакции более корректно описывает уравнение Аррениуса.

Из уравнения Вант-Гоффа температурный коэффициент вычисляется по формуле:

Точная зависимость скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:

k – константа скорости;

Еакт – энергия активации;

А – константа, зависящая от природы реагирующих веществ.

21. Энергия активации химической реакции. Влияние катализатора на скорость реакции. Катализ.

Под энергией активации понимают тот повышенный запас энергии (по сравнению со средней энергией молекул), которым должны обладать молекулы, чтобы их столкновения приводили к химическому взаимодействию. Энергия активации зависит только от природы реагирующих веществ. Если энергия активации меньше 120 кДж/моль, то реакция идет очень медленно. 50 < E < 120 кДж/моль – обычные реакции; Е < 50 кДЖ/моль – быстрые и очень быстрые реакции.

С увеличением температуры увеличивается не только общее число столкновений, но и число эффективных столкновений за счет увеличения доли активных молекул.

Е_необх – необходимая доля активных молекул.

Т₂ > Т₁,   = 3

Методы определения энергии активации

Катализ это ускорение химической реакции под действием некоторых веществ. Вещества, ускоряющие химическою реакцию, но не изменяющиеся в результате реакции, называются катализаторами. Вещества, замедляющие химическую реакцию, называются ингибиторами. Катализатор не меняет термодинамику процесса, т. е. если в данных условиях G > 0, то и в присутствии катализатора реакция не пойдёт.

Катализатор увеличивает скорость химической реакции, как прямой, так и обратной, т. е. ускоряет момент наступления равновесия. Константа равновесия при этом не меняется.

Действие катализатора основано на том, что он вступает во взаимодействие с исходными веществами с образованием промежуточного продукта С, причем энергия активации этой стадии небольшая. Затем промежуточный продукт превращается в конечный тоже с очень малой энергией активации. Суммарная энергия активации этих двух стадий меньше энергии активации некатализируемой реакции,  т.е.  . Таким образом, снижая энергию активации, катализатор увеличивает число активных молекул.

А + В = АВ;

В присутствии катализатора: А + Кат→ С;

C + B → AB + Кат.

Е_исх общий запас энергии исходных веществ,

Е_кон  общий запас энергии продуктов реакции.

Е^к_акт = Е₁ + Е_2,  Е^к_акт < Е_акт

Катализ бывает гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе.