Графики Аррениуса

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Arrhenius Plots

Previous Video

13.7: Temperature Dependence on Reaction Rate

Next Video

13.9: Reaction Mechanisms

35,880 Views

•

02:34 min

•

September 24, 2020

Уравнение Аррениуса соотносит энергию активации и константу скорости, k, для химических реакций. В уравнении Аррениуса k = AE^-EA^/RT, R — идеальная газовая константа, которая имеет значение 8.314 Дж/моль·K, T — температура на шкале Кельвина, EA — энергия активации в Дж/моле, e — константа 2.7183, а A — константа, называемая частотным коэффициентом, которая связана с частотой столкновений и ориентацией реагирующих молекул.

Уравнение Аррениуса можно использовать для вычисления энергии активации реакции на экспериментальных кинетических данных. Удобный подход к определению EA для реакции предполагает измерение k при двух или более различных температурах. В ней используется модифицированная версия уравнения Аррениуса, которая принимает форму линейного уравнения:

График ln k в сравнении с 1/T линейный с уклоном, равным -a/R и y-отсекаемый равным ln A.

Рассмотрим следующую реакцию:

Энергия активации этой реакции может быть определена, если изменение постоянной скорости с температурой известно из кинетических данных реакции, как показано на рисунке.

Температура (K)	Постоянная скорости (л/моль/с)
555	3.52 × 10^–7
575	1.22 × 10^–6
645	8.59 × 10^–5
700	1.16 × 10^–3
781	3.95 × 10^–2

Предоставленные данные могут быть использованы для получения значений обратной от температуры (1/T) и природного лога k (ln k).

1/T (K^–1)	ln k
1.80 × 10^–3	–14.860
1.74 × 10^–3	–13.617
1.55 × 10^–3	–9.362
1.43 × 10^–3	–6.759
1.28 × 10^–3	–3.231

На графике производных точек данных с ln k по сравнению с 1/T создается линейный график, показанный линейной зависимостью между ln k и 1/T, как показано на рисунке.

Наклон линии, соответствующий энергии активации, можно оценить с помощью двух экспериментальных пар данных.

Альтернативный подход к извлечению энергии активации предполагает использование постоянной скорости при двух различных температурах. При таком подходе уравнение Аррениуса переупорядочено до удобной двухточечной формы:

При перестановке уравнения генерируется выражение для энергии активации.

Подстановка двух пар данных и дальнейшие расчеты дают значение энергии активации в джоулях на моль или киложоулях на моль.

Этот альтернативный двухточечный подход дает тот же результат, что и графический подход. Однако на практике графический подход обычно обеспечивает более надежные результаты при работе с фактическими экспериментальными данными.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 12.5: Теория столкновений.