Evident, interacțiunea dintre particule se realizează atunci când acestea se ciocnesc; cu toate acestea, numărul de coliziuni ale moleculelor este foarte mare și în cazul în care fiecare coliziune conduce la particule de interacțiune chimice, toate reacțiile au procedat practic instantaneu. S. Arrhenius postulat că moleculele de coliziune vor fi eficiente (adică va provoca reacția) numai dacă moleculele de coliziune au o energie de rezervă - energia de activare.
Energia de activare este de minim energia pe care trebuie sa aiba molecule care ciocnirea lor ar putea conduce la o reacție chimică.
Luați în considerare calea unor reacții elementare
Deoarece reacția chimică a particulelor, datorită discontinuității legăturile chimice vechi și formarea de noi, se crede că fiecare reacție are loc elementare prin formarea intermediarului instabil numit complex activat:
Formarea complexului activat presupune întotdeauna cheltuielile o anumită cantitate de energie, care este cauzată, în primul rând, repulsia cojilor electronice și nucleii particule de apropiere și, în al doilea rând, necesitatea de a construi o anumită configurație spațială a atomilor în redistribuirea complexă și activată a densității de electroni. Astfel, pe drumul de la starea inițială a sistemului final trebuie să depășească un fel de barieră de energie. Energia de activare este aproximativ egală cu excesul de energie medie a complexului activat peste energia medie a reactanților. Evident, dacă reacția înainte este exotermă, EA energia de activare a reacției inverse este mai mare decât EA reacția directă a energiei de activare. Energiile de activare a transmite și reacțiile inverse sunt conectate între ele prin schimbarea energiei interne în timpul reacției. Cele de mai sus poate fi ilustrată prin schema energetică a reacției chimice (fig. 2.5).
Fig. 2.5 Diagrama energetică a reacției chimice.
Eiskh - energia medie a particulelor materiilor prime,
Eprod - energia medie a particulelor produșilor de reacție
Deoarece temperatura este o măsură a energiei cinetică medie a particulelor, creșterea temperaturii duce la o creștere a proporției de particule a căror energie este egală sau mai mare decât energia de activare, ceea ce conduce la o creștere constanta vitezei de reacție (Figura 2.6):
Fig. 2.6 Distribuția energetică a particulelor
Aici, Ne / N - fracția de particule având o energie E;
Ei - energia medie a particulelor la o temperatură Ti (T1
Să considerăm o expresie de ieșire termodinamic care descrie dependența constanta vitezei de reacție a temperaturii și energia de activare - ecuația Arrhenius. Conform isobars ecuație van't Hoff,
Deoarece constanta de echilibru este raportul dintre constantele ratei de forward și reacții inverse pot fi rescrisă ca expresie (II.31), după cum urmează:
Prezentarea schimbarea entalpie a reacției # 916; Hº ca diferența dintre cele două valori E1 și E2. obținem:
Aici, C - o constantă. Postulează că C = 0, obținem ecuația Arrhenius unde EA - energia de activare:
După integrarea nedefinită de exprimare (II.35) se obține ecuația Arrhenius în formă integrală:
Fig. 2.7 Logaritmul constantelor ratei chimice
Temperatura de reacție inversă.
Aici, A - constanta de integrare. Din ecuația (II.37) nu este greu de a arăta semnificația fizică a factorului A pre-exponențială, care este egală cu o rată constantă de reacție la o temperatură care tinde la infinit. După cum se vede din expresia (II.36), logaritmul constantei depinde liniar de inversul ratei de temperatură (figura 2.7); Valoarea EA a energiei de activare și de pre-exponențială log factorul A poate fi determinată grafic (panta unei linii drepte la abscisă și intercepta pe linia ordonată).
Cunoscând energia de activare a reacției și constanta vitezei la orice temperatură T1. pe ecuația lui Arrhenius poate calcula constantele de viteză la orice temperatură T2: