2.8 : Sıcaklık Değişiminin Reaksiyon Hızına Etkisi

Arrhenius denklemi,

Birçok kimyasal reaksiyon için aktivasyon enerjisi ile hız sabiti k arasında ilişki kurar.

Bu denklemde R, 8,314 J/mol·K değerine sahip ideal gaz sabitidir, T kelvin cinsinden sıcaklıktır, E_a mol başına joule cinsinden aktivasyon enerjisidir, e 2,7183 sabitidir ve A bir sabittir çarpışmaların sıklığı ve reaksiyona giren moleküllerin yönelimi ile ilgili olan frekans faktörü olarak adlandırılır.

Frekans faktörü A, reaksiyon koşullarının reaktant molekülleri arasındaki doğru yönlendirilmiş çarpışmaları ne kadar iyi desteklediğini yansıtır. Etkili yönlendirilmiş çarpışma olasılığının artması, A için daha büyük değerlere ve daha hızlı reaksiyon hızlarına neden olur.

Üstel terim, e^−Eₐ/RT, aktivasyon enerjisinin reaksiyon hızı üzerindeki etkisini açıklar. Kinetik moleküler teoriye göre, maddenin sıcaklığı, onu oluşturan atomların veya moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür; daha düşük bir aktivasyon enerjisi, yeterince enerjilendirilmiş moleküllerin daha önemli bir fraksiyonuna ve daha hızlı bir reaksiyona neden olur.

Üstel terim ayrıca sıcaklığın reaksiyon hızı üzerindeki etkisini de açıklar. Daha yüksek bir sıcaklık, aktivasyon bariyerini (E_a) aşmak için yeterli enerjiye (RT) sahip olan moleküllerin buna karşılık daha büyük bir kısmını temsil eder. Bu, hız sabiti için daha yüksek bir değer ve buna bağlı olarak daha hızlı bir reaksiyon hızı sağlar.

Reaksiyona giren maddeler arasındaki çarpışma sırasında bir ürün oluşturmak için gereken minimum enerjiye aktivasyon enerjisi (E_a) denir. Gerekli aktivasyon enerjisi ile reaksiyona giren moleküllerin çarpışmasıyla sağlanan kinetik enerji arasındaki fark, kimyasal reaksiyonun hızını etkileyen birincil faktördür. Aktivasyon enerjisi moleküllerin ortalama kinetik enerjisinden çok daha büyükse, yalnızca hızlı hareket eden birkaç molekül reaksiyona girmeye yetecek enerjiye sahip olacağından reaksiyon yavaş gerçekleşecektir. Aktivasyon enerjisi moleküllerin ortalama kinetik enerjisinden çok daha küçükse, moleküllerin büyük bir kısmı yeterince enerjik olacak ve reaksiyon hızla ilerleyecektir.

Reaksiyon diyagramları, ilgilenilen bir reaksiyonun çeşitli özelliklerini göstermek için kimyasal kinetikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir kimyasal sistemin enerjisinin, reaksiyona girerken nasıl değiştiğini, reaktantları ürünlere dönüştürdüğünü gösterir.

Bu metin ABC’den uyarlanmıştırOpenstax, Chemistry 2e, Section 12.5: Collision Theory.