13.7
קצבי תגובות כימיות רגישים לשינויים בטמפרטורה. עלייה של 10 מעלות צלזיוס יכולה לזרז את קצב התגובה פי 3 או 4, אך מדוע זה קורה? משוואות הקצב של תגובות מגדירות את הקשר בין ריכוז מגיב וקצב התגובה.
כיוון שהריכוז אינו תלוי טמפרטורה, רק קבוע הקצב נשאר להשפיע על קצב התגובה בהתאם לטמפרטורה. כך, ב-1889 הכימאי השוודי סוונטה ארהניוס הגיע למסקנה שהתלות בטמפרטורה של קצב תגובה מוצפנת בקבוע הקצב. קבוע הקצב מתאר את הקשר בין הטמפרטורה לבין פרמטרים קינטיים המתייחסים להתנגשויות, לכיוון ולאנרגיית השפעול של מולקולות המגיב באמצעות משוואת ארניוס.
A הוא קבוע הנקרא מקדם ארהניוס, מקדם התדירות, e היא פונקציה מעריכית אינטגרטיבת אנרגיית השפעול, הנמדדת בג'ול למול, קבוע הגז והטמפרטורה בקלווין. את תלות הפרמטרים בטמפרטורה ניתן להסביר באמצעות תאורית ההתנגשויות המולקולריות הקובעת שמולקולות המגיב צריכות להתנגש עם מספיק אנרגיה בכיוון הנכון כדי להתחיל תגובה כימית. מקדם התדירות כולל שני מרכיבים:תדירות ההתנגשויות ומקדם הכיוון.
מקדם ההתנגשויות הוא המספר ההתנגשויות המולקולריות ליחידת זמן, בעוד שמקדם הכיוון מתאר את ההיתכנות להתנגשות עם כיוון מועדף. למרות זאת, רק חלק קטן מאוד מההתנגשויות מוביל לתגובה. זאת מפני שמולקולות המגיב צריכות להתגבר על מחסום אנרגיה, הנקרא אנרגיית שפעול, כדי להפוך לתוצרים.
רק למולקולות המתנגשות עם מספיק אנרגיה קינטית תהיה מספיק אנרגיה פוטנציאלית כדי להתכופף, להימתח, לשבור קשרים, ולהפוך לתוצר ביניים הנקרא מצב המעבר, או קומפלקס משופעל. מצב המעבר בעל אורך החיים הקצר, הבלתי יציב, מאבד אנרגיה כדי ליצור תוצרים יציבים, שהאנרגיה הכוללת שלהם נמוכה מזו של המגיבים. הפונקציה המעריכית במשוואת ארניוס מייצגת את השיעור של התנגשויות מוצלחות המובילות לתוצרים.
עלייה בטמפרטורה משפיעה הן על מקדם התדירות והן על המקדם המעריכי. בטמפרטורות גבוהות, מולקולות נעות מהר יותר, בעוצמה רבה יותר ועם אנרגיות תרמיות גבוהות יותר, מה שמוביל לסבירות גבוהה יותר להתנגשויות. לכן, עליית בטמפרטורה מובילה לתדירות גבוהה יותר ולמקדמים מעריכיים גבוהים יותר המובילים לעלייה בקבוע הקצב, ובהתאם מתרגם לקצב תגובה מואץ.
תאוריית ההתנגשויות המולקולריות
אטומים, מולקולות או יונים חייבים להתנגש לפני שהם יכולים להגיב זה עם זה. אטומים חייבים להיות קרובים זה לזה כדי ליצור קשר…
2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.