Уравнение Аррениуса соотносит энергию активации и константу скорости, k, для химических реакций. В уравнении Аррениуса k = AE-EA/RT, R — идеальная газовая константа, которая имеет значение 8.314 Дж/моль·K, T — температура на шкале Кельвина, EA — энергия активации в Дж/моле, e — константа 2.7183, а A — константа, называемая частотным коэффициентом, которая связана с частотой столкновений и ориентацией реагирующих молекул.
Уравнение Аррениуса можно использовать для вычисления энергии активации реакции на экспериментальных кинетических данных. Удобный подход к определению EA для реакции предполагает измерение k при двух или более различных температурах. В ней используется модифицированная версия уравнения Аррениуса, которая принимает форму линейного уравнения:
График ln k в сравнении с 1/T линейный с уклоном, равным -a/R и y-отсекаемый равным ln A.
Рассмотрим следующую реакцию:
Энергия активации этой реакции может быть определена, если изменение постоянной скорости с температурой известно из кинетических данных реакции, как показано на рисунке.
Температура (K) | Постоянная скорости (л/моль/с) |
555 | 3.52 × 10–7 |
575 | 1.22 × 10–6 |
645 | 8.59 × 10–5 |
700 | 1.16 × 10–3 |
781 | 3.95× 10–2 |
Предоставленные данные могут быть использованы для получения значений обратной от температуры (1/T) и природного лога k (ln k).
1/T (K–1) | ln k |
1.80 × 10–3 | –14.860 |
1.74 × 10–3 | –13.617 |
1.55 × 10–3 | –9.362 |
1.43 × 10–3 | –6.759 |
1.28 × 10–3 | –3.231 |
На графике производных точек данных с ln k по сравнению с 1/T создается линейный график, показанный линейной зависимостью между ln k и 1/T, как показано на рисунке.
Наклон линии, соответствующий энергии активации, можно оценить с помощью двух экспериментальных пар данных.
Альтернативный подход к извлечению энергии активации предполагает использование постоянной скорости при двух различных температурах. При таком подходе уравнение Аррениуса переупорядочено до удобной двухточечной формы:
При перестановке уравнения генерируется выражение для энергии активации.
Подстановка двух пар данных и дальнейшие расчеты дают значение энергии активации в джоулях на моль или киложоулях на моль.
Этот альтернативный двухточечный подход дает тот же результат, что и графический подход. Однако на практике графический подход обычно обеспечивает более надежные результаты при работе с фактическими экспериментальными данными.
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 12.5: Теория столкновений.
Из главы 13:
Now Playing
Химическая кинетика
37.1K Просмотры
Химическая кинетика
49.8K Просмотры
Химическая кинетика
23.7K Просмотры
Химическая кинетика
29.1K Просмотры
Химическая кинетика
54.0K Просмотры
Химическая кинетика
33.5K Просмотры
Химическая кинетика
33.3K Просмотры
Химическая кинетика
80.2K Просмотры
Химическая кинетика
24.6K Просмотры
Химическая кинетика
30.9K Просмотры
Химическая кинетика
26.0K Просмотры
Химическая кинетика
79.8K Просмотры
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены