2.8: השפעת שינוי הטמפרטורה על קצב התגובה

משוואת ארניוס,

מקשרת את אנרגיית השפעול וקבוע הקצב, k, עבור תגובות כימיות רבות.

במשוואה זו, R הוא קבוע הגז האידיאלי, בעל ערך 8.314 J/mol·K, T הוא הטמפרטורה בקלווין, E_a הוא אנרגיית ההפעלה בג'אול למול, e הוא הקבוע 2.7183, ו-A הוא קבוע נקרא גורם התדירות, הקשור לתדירות ההתנגשויות ולכיוון המולקולות המגיבות.

גורם התדירות, A, משקף עד כמה תנאי התגובה מעדיפים התנגשויות בכיוון נכון בין מולקולות מגיבים. סבירות מוגברת להתנגשויות מכוונות ביעילות גורמת לערכים גדולים יותר עבור A וקצבי תגובה מהירים יותר.

המונח האקספוננציאלי, e ^−Eₐ/RT , מתאר את השפעת אנרגיית השפעול על קצב התגובה. על פי התיאוריה המולקולרית הקינטית, טמפרטורת החומר היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של האטומים או המולקולות המרכיבות אותו - אנרגיית שפעול נמוכה יותר מביאה לחלק משמעותי יותר של מולקולות עם אנרגיה מספקת ולתגובה מהירה יותר.

המונח האקספוננציאלי מתאר גם את השפעת הטמפרטורה על קצב התגובה. טמפרטורה גבוהה יותר מייצגת חלק גדול יותר של מולקולות בעלות מספיק אנרגיה (RT) כדי להתגבר על מחסום השפעול (E_a). זה נותן ערך גבוה יותר עבור קבוע הקצב וקצב תגובה מהיר יותר בהתאם.

האנרגיה המינימלית הדרושה ליצירת תוצר במהלך התנגשות בין מגיבים נקראת אנרגיית השפעול (E_a). ההפרש בין אנרגיית השפעול הנדרשת והאנרגיה הקינטית שמספקות מולקולות מגיבים מתנגשות הוא גורם ראשוני המשפיע על קצב התגובה הכימית. אם אנרגיית השפעול גדולה בהרבה מהאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות, התגובה תתרחש באיטיות, שכן רק לכמה מולקולות הנעות במהירות תהיה מספיק אנרגיה כדי להגיב. אם אנרגיית השפעול קטנה בהרבה מהאנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות, חלק גדול של מולקולות יהיה אנרגטי מספיק, והתגובה תתקדם בקצב.

דיאגרמות תגובה נמצאים בשימוש נרחב בקינטיקה כימית כדי להמחיש תכונות שונות של התגובה הנחקרת. זה מראה כיצד האנרגיה של מערכת כימית משתנה כשהיא עוברת תגובה, והופכת מגיבים למוצרים.

הטקסט הזה מותאם מ Openstax, Chemistry 2e, Section 12.5: Collision Theory.