13.7
Szybkość reakcji chemicznych jest wrażliwa na zmiany temperatury. Wzrost temperatury o 10 °C może przyspieszyć szybkość reakcji od 3 do 4 razy, ale dlaczego?
Prawo szybkości reakcji określa związek między stężeniem reagenta a szybkością reakcji. Ponieważ stężenie jest niezależne od temperatury, pozostaje tylko stała szybkości, która wpływa na szybkość reakcji w zależności od temperatury. Tak więc w 1889 roku szwedzki chemik Svante Arrhenius doszedł do wniosku, że zależność szybkości reakcji od temperatury jest zawarta w stałej szybkości.
Stała szybkości opisuje związek między temperaturą a parametrami kinetycznymi odnoszącymi się do zderzenia, orientacji i energii aktywacji reagujących cząsteczek za pomocą równania Arrheniusa. A jest stałą zwaną współczynnikiem Arrheniusa lub współczynnikiem częstotliwości, e jest czynnikiem wykładniczym całkującym energię aktywacji mierzoną w dżulach na mol, stałą gazową i temperaturę w kelwinach.
Zależność temperaturową parametrów można wyjaśnić za pomocą modelu zderzeń, który mówi, że reagujące cząsteczki powinny zderzyć się z wystarczającą energią we właściwej orientacji, aby zainicjować reakcję chemiczną.
Współczynnik częstotliwości składa się z dwóch składowych – częstotliwości zderzeń i współczynnika orientacji. Częstotliwość zderzeń to liczba zderzeń molekularnych w jednostce czasu, podczas gdy współczynnik orientacji opisuje prawdopodobieństwo zderzeń z korzystną orientacją.
Jednak tylko niewielka część zderzeń prowadzi do reakcji. Dzieje się tak, ponieważ reagujące cząsteczki muszą pokonać barierę energetyczną, zwaną energią aktywacji, aby przekształcić się w produkty.
Tylko te cząsteczki, które zderzają się z wystarczającą energią kinetyczną, będą miały wystarczającą energię potencjalną, aby zgiąć, rozciągnąć lub zerwać wiązania, aby przekształcić się w wysokoenergetyczny produkt pośredni zwany stanem przejściowym lub aktywowanym kompleksem. Krótkotrwały, niestabilny aktywowany kompleks traci energię, tworząc stabilne produkty, których całkowita energia jest niższa niż w przypadku reagentów.
Współczynnik wykładniczy w równaniu Arrheniusa reprezentuje ułamek udanych zderzeń, w wyniku których powstają iloczyny. Wzrost temperatury wpływa zarówno na współczynnik częstotliwości, jak i na współczynnik wykładniczy.
W podwyższonych temperaturach cząsteczki poruszają się szybciej, silniej i przy wyższych energiach termicznych, co prowadzi do korzystniejszych zderzeń.
W ten sposób wzrost temperatury powoduje wyższą częstotliwość i czynniki wykładnicze prowadzące do wzrostu stałej szybkości, co w konsekwencji przekłada się na przyspieszoną szybkość reakcji.
Atomy, cząsteczki lub jony muszą się zderzyć, zanim będą mogły ze sobą zareagować. Atomy muszą być blisko siebie, aby utworzyć wiązan…
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.