Температурная зависимость

Мера того, насколько быстро протекает реакция, называется скоростью реакции. Скорость химической реакции определяется законом скорости, который описывает соотношение между скоростью реакции и концентрациями реагентов. В этом уравнении k — константа скорости, A и B — два реагента, а m и n — соответствующие порядки реакций.

Константа скорости преобразует отношение в собственные единицы скорости, моли на литр в секунду. Таким образом, константа скорости имеет различные единицы измерения, в зависимости от общего порядка реакции. Однако константа скорости имеет большее значение, чем просто преобразование единиц измерения. Константа скорости связана с минимальным количеством энергии, необходимым для протекания химической реакции, называемым энергией активации.

В ходе реакции реагенты находятся в начальном состоянии потенциальной энергии. По мере того, как реакция протекает, она должна преодолеть определенную потенциальную энергию, энергию активации, прежде чем достигнет своего конечного состояния. Суммарная энергия реакции — это разница между начальным и конечным состояниями. Эта разница может быть отрицательной, что означает, что реакция высвобождает энергию, или положительной, что означает, что она поглощает энергию.

Если энергии недостаточно для преодоления энергии активации, реакция не будет продолжаться. В некоторых случаях энергия может подаваться в виде тепла. Это дает дополнительную энергию для преодоления барьера на пути активации, и реакция может протекать. Также может быть добавлен катализатор, который обеспечивает альтернативный путь с более низкой энергией активации между реагентами и продуктами.

Катализаторы не расходуются в реакции и, следовательно, не влияют на суммарную энергию реакции. Энергия активации определяется экспериментально и связана с константой реакции k уравнением Аррениуса, где A — предэкспоненциальный или частотный коэффициент, R — универсальная газовая постоянная, а T — абсолютная температура, при которой протекает реакция.

Из этого уравнения мы знаем, что увеличение температуры реакции или уменьшение энергии активации увеличивает константу скорости. Возвращаясь к уравнению закона скорости, следует, что более высокая константа скорости приводит к более высокой скорости реакции. Это имеет смысл, потому что по мере повышения температуры молекулы движутся быстрее и сталкиваются чаще, что приводит к увеличению доли молекул с энергией, превышающей энергию активации.

В этой лабораторной работе вы узнаете, как измерить энергию активации реакции экспериментально с использованием разложения перекиси водорода в качестве модельной реакции.