2.8 : Wpływ zmiany temperatury na szybkość reakcji

Równanie Arrheniusa,

wiąże energię aktywacji ze stałą szybkości k dla wielu reakcji chemicznych.

W tym równaniu R jest stałą gazu doskonałego, która ma wartość 8,314 J/mol·K, T jest temperaturą w stopniach Kelwina, E_a jest energią aktywacji w dżulach na mol, e jest stałą 2,7183, a A jest stałą zwany współczynnikiem częstotliwości, który jest powiązany z częstotliwością zderzeń i orientacją reagujących cząsteczek.

Współczynnik częstotliwości A odzwierciedla, jak dobrze warunki reakcji sprzyjają prawidłowo zorientowanym zderzeniom pomiędzy cząsteczkami reagentów. Zwiększone prawdopodobieństwo efektywnie ukierunkowanych zderzeń skutkuje większymi wartościami A i szybszymi reakcjami.

Wykładniczy składnik e^−Eₐ/RT opisuje wpływ energii aktywacji na szybkość reakcji. Zgodnie z teorią kinetyczno-molekularną temperatura materii jest miarą średniej energii kinetycznej tworzących ją atomów lub cząsteczek — niższa energia aktywacji skutkuje większą frakcją cząsteczek o odpowiednim natężeniu energii i szybszą reakcją.

Termin wykładniczy opisuje również wpływ temperatury na szybkość reakcji. Wyższa temperatura oznacza odpowiednio większą część cząsteczek posiadających energię (RT) wystarczającą do pokonania bariery aktywacji (E_a). Daje to wyższą wartość stałej szybkości i odpowiednio większą szybkość reakcji.

Minimalna energia konieczna do utworzenia produktu podczas zderzenia reagentów nazywana jest energią aktywacji (E_a). Różnica w wymaganej energii aktywacji i energii kinetycznej dostarczanej przez zderzające się cząsteczki reagenta jest głównym czynnikiem wpływającym na szybkość reakcji chemicznej. Jeśli energia aktywacji jest znacznie większa niż średnia energia kinetyczna cząsteczek, reakcja będzie przebiegać powoli, ponieważ tylko kilka szybko poruszających się cząsteczek będzie miało wystarczającą energię do reakcji. Jeśli energia aktywacji jest znacznie mniejsza niż średnia energia kinetyczna cząsteczek, duża część cząsteczek będzie miała odpowiednią energię i reakcja będzie przebiegać szybko.

Diagramy reakcji są szeroko stosowane w kinetyce chemicznej w celu zilustrowania różnych właściwości danej reakcji. Pokazuje, jak zmienia się energia układu chemicznego podczas reakcji, w wyniku której reagenty przekształcają się w produkty.

Ten tekst jest adaptacjąOpenstax, Chemistry 2e, Section 12.5: Collision Theory.