Ecuația lui Arrhenius

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 5 mai 2021; verificarea necesită 1 editare .

Ecuația lui Arrhenius stabilește dependența constantei de viteză a unei reacții chimice de temperatură . $k$ $T$

Conform modelului de coliziune simplă, o reacție chimică între două substanțe inițiale nu poate avea loc decât ca urmare a ciocnirii moleculelor acestor substanțe. Dar nu orice coliziune duce la o reacție chimică. Este necesar să se depășească o anumită barieră energetică , astfel încât moleculele să înceapă să reacționeze între ele. Adică, moleculele trebuie să aibă o anumită energie minimă (energie de activare ) pentru a depăși această barieră. Din distribuția Boltzmann pentru energia cinetică a moleculelor, se știe că numărul de molecule cu energie este proporțional cu . Ca urmare, viteza unei reacții chimice este reprezentată de o ecuație care a fost obținută de chimistul suedez Svante Arrhenius din considerații termodinamice : $E_{a}$ $E>E_{a}$ $\exp {\left(-{\frac {E_{a}}{RT}}\right))$

k(T)=A\cdot e^{{-E_{a}}/{RT}}.

Aici, factorul pre-exponențial (factor de frecvență ) caracterizează frecvența ciocnirilor moleculelor care reacţionează, este constanta universală a gazului . $A$ $R$

În cadrul teoriei coliziunilor active , depinde de temperatură, dar această dependență este destul de lentă: $A$

A=a\cdot {\sqrt {T}).

Estimările acestui parametru arată că o modificare a temperaturii în intervalul de la 200 °C la 300 °C duce la o modificare a frecvenței de coliziune cu 10%. $A$

În cadrul teoriei complexului activat se obțin și alte dependențe de temperatură, dar în toate cazurile mai slabe decât exponentul. $A$

factorul de frecvență arată, de asemenea, proporția de particule activate (care au suficientă energie pentru o reacție chimică) în raport cu numărul total de particule $A$ $A=N_{activat}/N$

Ecuația lui Arrhenius sub formă diferențială:

{\frac {d\ln k}{dT}}={\frac {E_{a}}{RT^{2}}}

Ecuația Arrhenius a devenit una dintre ecuațiile de bază ale cineticii chimice , iar energia de activare a devenit o caracteristică cantitativă importantă a reactivității substanțelor.

Limita scăzută de temperatură a vitezei reacțiilor chimice

Din ecuația lui Arrhenius rezultă că, pe măsură ce temperatura tinde spre zero absolut, activitatea chimică a oricărei substanțe dispare. De fapt, efectele de tunel mecanic cuantic devin semnificative la temperaturi extrem de scăzute . Ca urmare, ecuația Arrhenius nu mai este valabilă la temperaturi scăzute. Există o limită de temperatură scăzută pentru viteza reacțiilor chimice: pe măsură ce temperatura se apropie de zero absolut, dependența exponențială a vitezei de reacție de temperatură dispare, viteza reacțiilor chimice încetează să mai depindă de temperatură și atinge o valoare finală diferită de zero. . [unu]

Vezi și

Note

↑ V. I. Gol'danskii , „ Fenomenul limitei cuantice de joasă temperatură a vitezei reacțiilor chimice ”, Usp. Khim., 44:12 (1975), 2121-2149; Rusă Chim. Recenzii 44:12 (1975), 1019-1035

Literatură

Stiller V. Ecuația lui Arrhenius și cinetica de neechilibru. - M . : Mir, 2000. - 176 p.