Постоянная аррениуса чему равна
Постоянная аррениуса чему равна
ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Конспект лекций для студентов биофака ЮФУ (РГУ)
2.1 СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
2.1.9 Влияние температуры на константу скорости реакции
Константа скорости реакции есть функция от температуры; повышение температуры, как правило, увеличивает константу скорости. Первая попытка учесть влияние температуры была сделана Я. Г. Вант-Гоффом, который сформулировал следующее эмпирическое правило:
При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости элементарной химической реакции увеличивается в 2 – 4 раза.
(II.29)
(II.30)
Однако правило Вант-Гоффа применимо лишь в узком температурном интервале, поскольку температурный коэффициент скорости реакции γ сам является функцией от температуры; при очень высоких и очень низких температурах γ становится равным единице (т.е. скорость химической реакции перестает зависеть от температуры).
2.1.10 Уравнение Аррениуса
Очевидно, что взаимодействие частиц осуществляется при их столкновениях; однако число столкновений молекул очень велико и, если бы каждое столкновение приводило к химическому взаимодействию частиц, все реакции протекали бы практически мгновенно. С. Аррениус постулировал, что столкновения молекул будут эффективны (т.е. будут приводить к реакции) только в том случае, если сталкивающиеся молекулы обладают некоторым запасом энергии – энергией активации.
Энергия активации есть минимальная энергия, которой должны обладать молекулы, чтобы их столкновение могло привести к химическому взаимодействию.
Рассмотрим путь некоторой элементарной реакции
Поскольку химическое взаимодействие частиц связано с разрывом старых химических связей и образованием новых, считается, что всякая элементарная реакция проходит через образование некоторого неустойчивого промежуточного соединения, называемого активированным комплексом:
Образование активированного комплекса всегда требует затраты некоторого количества энергии, что вызвано, во-первых, отталкиванием электронных оболочек и атомных ядер при сближении частиц и, во-вторых, необходимостью построения определенной пространственной конфигурации атомов в активированном комплексе и перераспределения электронной плотности. Таким образом, по пути из начального состояния в конечное система должна преодолеть своего рода энергетический барьер. Энергия активации реакции приближённо равна превышению средней энергии активированного комплекса над средним уровнем энергии реагентов. Очевидно, что если прямая реакция является экзотермической, то энергия активации обратной реакции Е’А выше, нежели энергия активации прямой реакции EA. Энергии активации прямой и обратной реакции связаны друг с другом через изменение внутренней энергии в ходе реакции. Вышесказанное можно проиллюстрировать с помощью энергетической диаграммы химической реакции (рис. 2.5).
Рис. 2.5 Энергетическая диаграмма химической реакции.
Eисх – средняя энергия частиц исходных веществ,
Eпрод – средняя энергия частиц продуктов реакции
Поскольку температура есть мера средней кинетической энергии частиц, повышение температуры приводит к увеличению доли частиц, энергия которых равна или больше энергии активации, что приводит к увеличению константы скорости реакции (рис.2.6):
(II.31)
Поскольку константа равновесия есть отношение констант скоростей прямой и обратной реакции, можно переписать выражение (II.31) следующим образом:
(II.32)
Представив изменение энтальпии реакции ΔHº в виде разности двух величин E1 и E2, получаем:
(II.33)
(II.34)
Здесь С – некоторая константа. Постулировав, что С = 0, получаем уравнение Аррениуса, где EA – энергия активации :
(II.35)
После неопределенного интегрирования выражения (II.35) получим уравнение Аррениуса в интегральной форме:
(II.36)
(II.37)
Рис. 2.7 Зависимость логарифма константы скорости химической
реакции от обратной температуры.
Здесь A – постоянная интегрирования. Из уравнения (II.37) нетрудно показать физический смысл предэкспоненциального множителя A, который равен константе скорости реакции при температуре, стремящейся к бесконечности. Как видно из выражения (II.36), логарифм константы скорости линейно зависит от обратной температуры (рис.2.7); величину энергии активации EA и логарифм предэкспоненциального множителя A можно определить графически (тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс и отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат).
(II.38)
Зная энергию активации реакции и константу скорости при какой-либо температуре T1, по уравнению Аррениуса можно рассчитать величину константы скорости при любой температуре T2:
(II.39)
СОДЕРЖАНИЕ
Уравнение
Уравнение Аррениуса дает зависимость константы скорости химической реакции от абсолютной температуры как
В качестве альтернативы уравнение может быть выражено как
С помощью этого уравнения можно грубо оценить, что скорость реакции увеличивается примерно в 2 или 3 раза на каждые 10 ° C повышения температуры.
Заговор Аррениуса
Принимая натуральный логарифм урожайности уравнения Аррениуса:
Это имеет ту же форму, что и уравнение для прямой линии:
Модифицированное уравнение Аррениуса
Модифицированное уравнение Аррениуса делает явной температурную зависимость предэкспоненциального множителя. Модифицированное уравнение обычно имеет вид
Другой распространенной модификацией является растянутая экспоненциальная форма
Теоретическая интерпретация уравнения
Концепция энергии активации Аррениуса
Теория столкновений
Теория переходного состояния
Ограничения идеи энергии активации Аррениуса
Отклонения от закона Аррениуса при стекловании наблюдаются во всех классах стеклообразующих веществ. Закон Аррениуса предсказывает, что движение структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т. Д.) Должно замедляться в процессе стеклования с меньшей скоростью, чем наблюдается экспериментально. Другими словами, структурные единицы замедляются быстрее, чем предсказывает закон Аррениуса. Это наблюдение является разумным, если предположить, что блоки должны преодолевать энергетический барьер с помощью энергии тепловой активации. Тепловая энергия должна быть достаточно высокой, чтобы допускать поступательное движение единиц, которое приводит к вязкому течению материала.
В физическая химия, то Уравнение Аррениуса представляет собой формулу температурной зависимости скорость реакции. Уравнение было предложено Сванте Аррениус в 1889 г. на основе работы голландского химика Якобус Хенрикус ван ‘т Хофф который заметил в 1884 году, что уравнение Ван ‘т Гоффа для температурной зависимости константы равновесия предлагает такую формулу для скоростей как прямой, так и обратной реакции. Это уравнение имеет широкое и важное применение при определении скорости химических реакций и для расчета энергии активации. Аррениус дал физическое обоснование и интерпретацию этой формулы. [1] [2] [3] В настоящее время его лучше всего рассматривать как эмпирический отношения. [4] : 188 Его можно использовать для моделирования температурных изменений коэффициентов диффузии, заполнения кристаллических вакансий, скорости ползучести и многих других термически индуцированных процессов / реакций. В Уравнение Эйринга, разработанный в 1935 году, также выражает взаимосвязь между скоростью и энергией.
Содержание
Уравнение
Уравнение Аррениуса дает зависимость константа скорости химической реакции на абсолютная температура так как
k это константа скорости (частота столкновений, приводящих к реакции), Т это абсолютная температура (в кельвины), А это предэкспоненциальный множитель, константа для каждой химической реакции, Eа это энергия активации для реакции (в тех же единицах, что и RT), р это универсальная газовая постоянная. [1] [2] [3]
В качестве альтернативы уравнение может быть выражено как
Учитывая небольшой температурный диапазон кинетических исследований, разумно аппроксимировать энергию активации как не зависящую от температуры. Точно так же в широком диапазоне практических условий слабая температурная зависимость предэкспоненциального множителя пренебрежимо мала по сравнению с температурной зависимостью exp ( − E а / ( р Т ) ) < Displaystyle ехр (-E _ < rm > / (RT))> 
фактор; кроме случая «безбарьерного» распространение-ограниченные реакции, и в этом случае преэкспоненциальный фактор является доминирующим и непосредственно наблюдаемым.
Заговор Аррениуса
Принимая натуральный логарифм уравнения Аррениуса дает:
Он имеет ту же форму, что и уравнение для прямой линии:
Модифицированное уравнение Аррениуса
Модифицированное уравнение Аррениуса [6] делает явной температурную зависимость предэкспоненциального множителя. Модифицированное уравнение обычно имеет вид
где β является безразмерным числом порядка 1. Это обычно рассматривается как чисто эмпирическая поправка или фактор выдумки чтобы модель соответствовала данным, но может иметь теоретическое значение, например, показывать наличие диапазона энергий активации или в особых случаях, таких как Mott скачкообразное изменение диапазона.
Теоретическая интерпретация уравнения
Концепция энергии активации Аррениуса
Аррениус утверждал, что для превращения реагентов в продукты они должны сначала получить минимальное количество энергии, называемое энергией активации. Eа. При абсолютной температуре Т, доля молекул, кинетическая энергия которых превышает Eа можно рассчитать из статистическая механика. Концепция чего-либо энергия активации объясняет экспоненциальный характер отношений, и так или иначе он присутствует во всех кинетических теориях.
В расчетах констант скорости реакции используется усреднение энергии по Распределение Максвелла – Больцмана с участием E а < displaystyle E _ < rm >> как нижняя граница и поэтому часто бывают типа неполные гамма-функции, которые оказываются пропорциональными е − E а р Т < displaystyle e ^ < frac <-E _ < rm >>
Теория столкновений
Теория переходного состояния
В Уравнение Эйринга, другое выражение, похожее на Аррениуса, появляется в «теория переходного состояния»химических реакций, сформулированных Вигнер, Айринг, Поланьи и Эванс в 1930-е гг. Уравнение Эйринга можно записать:
Ограничения идеи энергии активации Аррениуса
Другая ситуация, когда объяснение параметров уравнения Аррениуса не оправдывает себя, заключается в гетерогенный катализ, особенно для реакций, которые показывают Кинетика Ленгмюра-Хиншелвуда. Ясно, что молекулы на поверхности не «сталкиваются» напрямую, и простое молекулярное поперечное сечение здесь не применимо. Вместо этого предэкспоненциальный множитель отражает перемещение по поверхности к активному участку. [10]
Есть отклонения от закона Аррениуса во время стеклование во всех классах стеклообразующих веществ. [11] Закон Аррениуса предсказывает, что движение структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т.д.) должно замедляться в процессе стеклования с меньшей скоростью, чем наблюдается экспериментально. Другими словами, структурные единицы замедляются быстрее, чем это предсказывается законом Аррениуса. Это наблюдение является разумным, если предположить, что блоки должны преодолевать энергетический барьер с помощью энергии тепловой активации. Тепловая энергия должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить поступательное движение единиц, которое приводит к вязкое течение материала.
В физическая химия, то Уравнение Аррениуса представляет собой формулу температурной зависимости скорость реакции. Уравнение было предложено Сванте Аррениус в 1889 г. на основе работы голландского химика Якобус Хенрикус ван ‘т Хофф который заметил в 1884 году, что уравнение Ван ‘т Гоффа для температурной зависимости константы равновесия предлагает такую формулу для скоростей как прямой, так и обратной реакции. Это уравнение имеет широкое и важное применение при определении скорости химических реакций и для расчета энергии активации. Аррениус дал физическое обоснование и интерпретацию этой формулы. [1] [2] [3] В настоящее время его лучше всего рассматривать как эмпирический отношения. [4] : 188 Его можно использовать для моделирования температурных изменений коэффициентов диффузии, заполнения кристаллических вакансий, скорости ползучести и многих других термически индуцированных процессов / реакций. В Уравнение Эйринга, разработанный в 1935 году, также выражает взаимосвязь между скоростью и энергией.
Содержание
Уравнение
Уравнение Аррениуса дает зависимость константа скорости химической реакции на абсолютная температура так как
k это константа скорости (частота столкновений, приводящих к реакции), Т это абсолютная температура (в кельвины), А это предэкспоненциальный множитель, константа для каждой химической реакции, Eа это энергия активации для реакции (в тех же единицах, что и RT), р это универсальная газовая постоянная. [1] [2] [3]
В качестве альтернативы уравнение может быть выражено как
Учитывая небольшой температурный диапазон кинетических исследований, разумно аппроксимировать энергию активации как не зависящую от температуры. Точно так же в широком диапазоне практических условий слабая температурная зависимость предэкспоненциального множителя пренебрежимо мала по сравнению с температурной зависимостью exp ( − E а / ( р Т ) ) < Displaystyle ехр (-E _ < rm > / (RT))> фактор; кроме случая «безбарьерного» распространение-ограниченные реакции, и в этом случае преэкспоненциальный фактор является доминирующим и непосредственно наблюдаемым.
Заговор Аррениуса
Принимая натуральный логарифм уравнения Аррениуса дает:
Он имеет ту же форму, что и уравнение для прямой линии:
Модифицированное уравнение Аррениуса
Модифицированное уравнение Аррениуса [6] делает явной температурную зависимость предэкспоненциального множителя. Модифицированное уравнение обычно имеет вид
где β является безразмерным числом порядка 1. Это обычно рассматривается как чисто эмпирическая поправка или фактор выдумки чтобы модель соответствовала данным, но может иметь теоретическое значение, например, показывать наличие диапазона энергий активации или в особых случаях, таких как Mott скачкообразное изменение диапазона.
Теоретическая интерпретация уравнения
Концепция энергии активации Аррениуса
Аррениус утверждал, что для превращения реагентов в продукты они должны сначала получить минимальное количество энергии, называемое энергией активации. Eа. При абсолютной температуре Т, доля молекул, кинетическая энергия которых превышает Eа можно рассчитать из статистическая механика. Концепция чего-либо энергия активации объясняет экспоненциальный характер отношений, и так или иначе он присутствует во всех кинетических теориях.
В расчетах констант скорости реакции используется усреднение энергии по Распределение Максвелла – Больцмана с участием E а < displaystyle E _ < rm >> как нижняя граница и поэтому часто бывают типа неполные гамма-функции, которые оказываются пропорциональными е − E а р Т < displaystyle e ^ < frac <-E _ < rm >>
Теория столкновений
Теория переходного состояния
В Уравнение Эйринга, другое выражение, похожее на Аррениуса, появляется в «теория переходного состояния»химических реакций, сформулированных Вигнер, Айринг, Поланьи и Эванс в 1930-е гг. Уравнение Эйринга можно записать:
Ограничения идеи энергии активации Аррениуса
Другая ситуация, когда объяснение параметров уравнения Аррениуса не оправдывает себя, заключается в гетерогенный катализ, особенно для реакций, которые показывают Кинетика Ленгмюра-Хиншелвуда. Ясно, что молекулы на поверхности не «сталкиваются» напрямую, и простое молекулярное поперечное сечение здесь не применимо. Вместо этого предэкспоненциальный множитель отражает перемещение по поверхности к активному участку. [10]
Есть отклонения от закона Аррениуса во время стеклование во всех классах стеклообразующих веществ. [11] Закон Аррениуса предсказывает, что движение структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т.д.) должно замедляться в процессе стеклования с меньшей скоростью, чем наблюдается экспериментально. Другими словами, структурные единицы замедляются быстрее, чем это предсказывается законом Аррениуса. Это наблюдение является разумным, если предположить, что блоки должны преодолевать энергетический барьер с помощью энергии тепловой активации. Тепловая энергия должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить поступательное движение единиц, которое приводит к вязкое течение материала.
Уравнение Аррениуса. Энергия активации химической реакции
Уравнение Аррениуса. Энергия активации химической реакции
Наклон линии вдоль разреза и предэкспоненциальный множитель А Если ku, 1/7 = 0, обрезать вертикальную ось. Людмила Фирмаль
Скорость таких реакций низкая Температура (Т ^ 10К) составляет Уравнение Аррениуса. Уравнение Аррениуса имеет две [величины; £ a и A Некоторые характеристики каждой реакции. Их фи Логический смысл получается по следующим причинам: Неплохо Предпосылки для инициирования химических взаимодействий между Две молекулы должны столкнуться.
Но не все Молекулярные столкновения заканчиваются действием химических взаимодействий Действия, то есть не все коллизии действительны. Также процент Как правило, общее количество эффективных столкновений Незначительный, большинство столкновений между молекулами Не вызывает реакции. Это можно легко проверить, рассчитав Возможное число на основе газовой кинетики.
Молекулярные столкновения и соответствующие скорости Сравните реакцию, затем ожидание (с расчетом 100% Эффективность) фактическая скорость; первое во мне Последние несколько раз. Аррениус предположил, что химический Действия выполняются только между этими конфликтами Молекулы, которые достигли определенной энергии.
Характерный уровень этой реакции, ее энергия Барьеры. Если такая молекула считается активной, эффект Столкновения происходят только между активами Pattern. Все молекулы в системе с низким накоплением энергии Энергетический барьер реакции находится в особом состоянии, Обычно это называется переходным состоянием или активным состоянием.
Комплекс, можно предположить, что система настроена Институт Активации комплекса характеризуется тем, что он в нем Уже нет исходного материала, но нет продукта реакции [1; Исходный материал передается продукту реакции. Принципиальная схема Переход лыж от исходных материалов A и B к продукту реакции C А через активированный комплекс А …
В состояние Иллюстрация льна. D.5 *. R. При взятии среднего уровня энергии исходной молекулы Вещество в системе равно £ |, а средняя энергия перехода Разность состояний E’-E \ представляет энергию Активация этой реакции, системная энергия (рисунок U.5) Переходное состояние максимально. Это значит Купальные сооружения очень нестабильны.
Может быть выше, чем средний энергетический уровень молекулы источника Детали E 1 (рисунок U.b). Процесс переходит к поглощению энергии. Гии (эндотермическая реакция) из окружающей среды. разница £ 2-¿ 1 равно тепловому эффекту процесса АЭ. Энергия активации является одним из основных параметров. ry характеризует скорость химического взаимодействия. стабилитрон Активация Процесс активации зависит от характера реакции Висячие.
Это В связи с тем, что противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу. Людмила Фирмаль
Замечательная энергия активации Это расстройство движения, Многие химические взаимодействия не остывают Рассмотрено с точки зрения химической термодинамики (DO •
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института