Енергія активації

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 4. ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ.

§ 4.3. Енергія активації

Значну зміну швидкості реакції зі зміною температури пояснює теорія активації. Згідно з цією теорією в хімічну взаємодію вступають тільки активні молекули (частинки), що мають енергію, достатню для здійснення даної реакції. Неактивні частинки можна зробити активними, надавши їм необхідну додаткову енергію, – цей процес називається активацією. Один із способів активації – підвищення температури: з підвищенням температури число активних частинок значно зростає, внаслідок чого різко збільшується швидкість реакції.

Енергія, яку потрібно надати молекулам (частинкам) реагуючих речовин, щоб перетворити їх на активні, називається енергією активації.

Її визначають експериментально, позначають буквою Eа і звичайно виражають у кДж/моль. Наприклад, для сполуки гідрогену і йоду (Н2 + l2 = 2Нl) маємо Еа = 167,4 кДж/моль, а для розпаду йодоводню (2Нl = Н2 + l2) Eа == 186,2 кДж/моль.

Енергія активації Еа залежить від природи реагуючих речовин і є характеристикою кожної реакції. Ці уявлення пояснюються (рис. 4.2) на прикладі реакції у загальному вигляді:

A2 + В2 = 2АВ. Вісь ординат характеризує потенціальну енергію системи, вісь абсцис – хід реакції: початковий стан -> перехідний стан -> кінцевий стан. Щоб речовини А2 і В2, які реагують, утворили продукт реакції АВ, вони мають подолати енергетичний бар’єр С.

Енергія активації

Рис. 4.2. Зміна енергії реагуючої системи:

Нn – енергія початкового стану (вихідні речовини);

Нк – енергія кінцевого стану (продукти реакції);

Еа...

– енергія активації прямої реакції;

E”а – енергія активації зворотної реакції;

А… А

. .

. . – активований комплекс;

. .

В… В

∆Н – тепловий ефект реакції

На це витрачається енергія активації Espan>а, на значення якої зростає енергія системи. При цьому в ході реакції з частинок реагуючих речовин утворюється проміжне нестійке угруповання, що називаєтся перехідним станом, або активованим комплексом (у точці С), подальший розпад якого зумовлює утворення кінцевого продукту АВ. Механізм реакції можна зобразити схемою:

Енергія активації

Якщо під час розпаду активованого комплексу виділяється більше енергії, ніж необхідно для активації частинок, то реакція екзотермічна. Прикладом ендотермічної реакції є зворотний процес – утворення з речовини АВ речовин А2 і B2. 2АВ = А2 + В2. У цьому разі процес відбувається також через утворення активованого комплексу А2В2, однак енергія активації більша, ніж для прямого процесу: E’а = Eа + ∆Н (∆Н – тепловий ефект реакції). Для перебігу ендотермічних реакцій необхідно підводити енергію ззовні.

Як видно з рис. 4.2, різниця енергій кінцевого стану системи (Нк) і початкового (Nп) дорівнює тепловому ефекту реакції (див. § 1.8):

∆Н = Нк – Нп.

Швидкість реакції залежить безпосередньо від значення енергії активації: якщо воно мале, то за певний час перебігу реакції енергетичний бар’єр подолає значна кількість частинок, і швидкість реакції буде високою, але якщо енергія активації велика, то реакція відбувається повільно.

Під час взаємодії іонів енергія активації дуже мала й іонні реакції відбуваються дуже швидко (практично миттєво).


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...
Ви зараз читаєте: Енергія активації