§3 Реакция жылдамдығына температура әсері

Атом-молекулалық ілім тұрғысынан температура артқан сайын молекулалардың қозғалыс жылдамдығы артып, олардың бір-бірімен соқтығысу дәрежесі артатыны түсінікті. Ал, осының заңдылығы Вант-Гофф ережесімен анықталады.

Т емператураны әрбір 10 ^оС-қа арттырған сайын реакция жылдамдығы 2-4 есе артады.

Бұл ереженің математикалық өрнегі:

мұндағы , - әр түрлі температурадағы реакция жылдамдығы,

t₂>t₁, γ – температуралық коэффициент, оның мәні 2-4 ара­­­­­лы­ғында болады.

Молекулалардың кез келген соқтығысуы реакцияға әкеліп жеткізбейді, тек химиялық белсенді молекулалар соқтығысы реакцияның жүруіне себепші болады, олай болса, молекулалар өзара әрекеттесуі үшін олардың белгілі бір энергия қоры болуы қажет.

Жылдамдық константалары белгілі болса, температуралық коэффициенті мына формула бойынша есептеуге болады:

= Ig γ(6.5)

Химиялық әсерлесу актін жүзеге асыруға қажетті минимальды энергия қорын активтендіру энергиясы (Е_а) деп атайды, ол әрекеттесетін зат табиғатына байланысты болады. Активтендіру энергиясы неғұрлым үлкен болса, реакция жылдамдығы аз және керісінше Е_акт мәні кіші болса, реакция жылдамдығы жоғары болады.

Температура артқан сайын химиялық белсенді молекулалар саны артады. Осындай молекулалар соқтығысы жалпы соқтығысатын молекулалар санына тәуелді. Жылдамдық константасы мен активтендіру энергиясының байланысын Аррениус формуласы береді:

K = A· e^–EA/RT (6.6)

Мұнда, А – тұрақты шама, температураға байланыссыз.

Егер логарифмдесек:

IgK = lgA – (6.7)

Сонда (6.7) теңдеуі y = ax+b түзуінің теңдеуіндей болады. Осыдан lgK – 1/T арасындағы байланыс графигін құрып, активтендіру энергиясының сандық мәнін анықтауға болады.

Жылдамдық константасы екі температурада берілсе:

Екі теңдікті бірінен екіншісін алсақ:

а ә

lnA – 1/T арасындағы байланыс. а – эндотермиялық үдеріс, ә – экзотермиялық үдеріс.

Реакцияның активтендіру энергиясының сандық мәнін есептеп те шығаруға болады. Ол үшін мына формуланы пайдаланамыз:

(6.9)

Активтендіру энергиясы химиялық реакциялар үшін 40-400 кДж/моль аралығында болады.

Сонда, реакцияның жүру барысының энергетикалық өзгерістерін сызбанұсқамен беруге болады; оны реакцияның энергетикалық диаграммасы деп атайды: реакцияға қатысатын зат → химиялық белсенді кешен → реакция өнімі.


Химиялық белсенді кешен

----------------------------------------

a) реакция координатасы ә) реакция координатасы

Сурет 6.3 Реакциялардың (A→B – Q, ΔH>0 (a) C → D+Q, ΔH<0 (ә) энергетикалық диаграммалары

А – диаграммасы U(А) >U(В) болатындығын және а-реакциясының эндотермиялық, ә-реакциясында U(C) >U(В), олай болса ол - экзотермиялық екендігін көрсетеді.