化学动力学

温度对反应速率的影响

大部分的化学反应的速率随温度的增加。温度上升的速率常数几乎成倍增加10°化学反应。

阿仑尼乌斯方程:这个方程显示了化学反应速率对温度的依赖。

“k = Ae ^ (-E_a / RT) '

在这里,一个是阿伦尼乌斯因素(或频率因子),R是气体常数和E_一个活化能。

要理解这个方程,我们采取以下反应的例子。

“H_2 (g) + I_2 (g)→2嗨(g)

根据阿伦尼乌斯,这个反应可以发生只有当一个分子的氢和碘碰撞形成一个不稳定的中间。中间存在了很短的时间,然后分解成两个分子碘化氢。

中间被称为活化络合物(C),和所需要的能量称为活化能(E_一个)。这张图是绘制势能vs反应坐标。反应坐标显示过程中能量变化的反应。最终反应焓取决于反应物和产物的性质。

所有的分子反应物种没有相同的动能。路德维希玻耳兹曼和詹姆斯克拉克麦克斯韦使用统计预测大量分子的行为。根据他们的说法,动能的分布可能是被策划的分数分子动能和动能。

分数的分子' = (N_E) / (N_T) '

在这里,N_E分子的数目与能量E和N_T分子的总数。

曲线的峰值对应于最可能的动能。分子能量高于或低于这个值数量更少。当我们提高温度,曲线的最大移动到更高的能源价值和曲线扩大这一个大比例的分子获得更高的能量。

在这个图表,斜率= (E_a) / R和拦截=

我们可以找到E_一个和使用这些值。

在温度T₁

在k_1 = - (E_a) / (RT_1) +“…………………(1)

在温度T₂

在k_2 = - (E_a) / (RT_2) +“…………………(1)

1减去方程(2)得到:

在k_2-In k_1 = (E_a) / (RT_1)——(E_a) / (RT_2) '

或者,在(k_2) / (k_1) = (E_a) / (R) ((1 / (T_1) 1 / (T_2)]

或者,“Io \ g (k_2) / (k_1) = (E_a) / (2.303 r) [(1 / (T_1) 1 / (T_2)]

或者,“Io \ g (k_2) / (k_1) = (E_a) / (2.303 r) (((T_2-T_1) / (T_1T_2)]“……………. . (3)

物质的增加反应速率(但本身并不进行任何永久化学变化)称为催化剂。

中间复杂理论:根据这一理论,催化剂的形式临时债券与反应物中间复杂。这个复杂的最终分解产生产品和催化剂。

催化剂降低活化能,从而降低了潜在的能量势垒。因此,催化剂为反应提供了另一种途径。少量的催化剂能催化大量的反应物。不改变催化剂吉布斯能量。催化剂催化作用自发反应但不催化非自发的反应。此外,催化剂不会改变平衡常数,而有助于达到平衡速度更快。

这一理论是由马克思Trautz和威廉·刘易斯在1916 - 18。根据这一理论,反应物分子认为是小球和反应时分子相互碰撞。碰撞每秒的数量单位体积的反应混合物碰撞频率(Z)。对于一个反应:

“A + B→”产品

速度' = Z_ (AB) e ^ (-E_a / RT) '

在这里,Z_AB是反应的碰撞频率,和e^{- e_一个/ RT}分数的分子和能量等于或大于E_一个。

这个方程相当准确地预测反应的速率常数的价值原子物种或简单的分子。但是重大的偏差是观察复杂的分子。

这样做的原因可能是,所有碰撞导致产品的形成。分子碰撞的碰撞与足够的动能和适当的定位,以促进形成新债券,被称为有效碰撞。

考虑到有效的克里森,介绍了P的另一个因素。这就是所谓的概率或空间因素。所以,现在的方程

速度' = PZ_ (AB) e ^ (-E_a / RT) '