Швидкість більшості хімічних реакцій з нагріванням зростає. Так, синтез води з простих речовин при 20 0 С здійснити практично неможливо, настільки мала швидкість реакції при цій температурі. Але при 500 0 С ця реакція протікає нд ?? його за 50 хв, а при 700 0 С процес здійснюється практично миттєво.
Чому нагрівання викликає таке значне прискорення хімічних перетворень? Для відповіді на це питання потрібно згадати, в чому полягає сутність хімічної реакції. Хімічне перетворення відбувається тоді, коли виникають умови для перерозподілити ?? ення електронної щільності зіткнулися частинок. Цей процес вимагає витрати часу і енергії. Миттєвих процесів в природі взагалі не існує. Реакційну систему можна охарактеризувати трьома послідовно що вiдбуваються станами:
[Початкова] ® [перехідний] ® [кінцеве]
Для реакції взаємодії газоподібних А2 і В2
можна записати її стану:
початкове перехідний кінцеве
(Вихідні (активоване (продукти
реагенти) комплекс) реакції)
Перехідний стан системи відповідає освіті так званого активованого комплексу (А2 В2). У цьому комплексі відбувається перерозподілити ?? ення електронної щільності між атомами: зв'язку АВ починають утворюватися одночасно з розривом зв'язків А - А і В - В. В активованому комплексі як би об'єднаю ?? єни''полуразрушенние'' молекули А2 і В2 і''полуобразовавшіеся'' молекули АВ. Активоване комплекс існує дуже короткий час (близько 10 -13 с). Його розпад призводить до утворення молекул АВ або А2 і В2.
Освіта активованого комплексу вимагає витрати енергії. Імовірність того, що при зіткненні двох молекул утворюються активоване комплекс і станеться реакція, залежить від енергії частинок, що стикаються. Реагують тільки ті з молекул, енергія яких для цього достатня. Такі молекули називають активними. Необхідну для переходу речовин в стан активованого комплексу енергія називають енергією активацією (Е а).
Енергетичні зміни в реагує системі можна представити схемою. Тут вісь абцісс характеризує хід реакції:
[Початковий стан] ® [перехідний стан] ® [кінцевий стан].
По осі ординат відкладена потенційна енергія системи. Початковий стан має енергія SН поч. кінцеве SН кін. Різниця енергії початкового і кінцевого станів системи дорівнює тепловому ефекту реакції DН:
Енергія активованого комплексу вище енергії початкового і кінцевого стану системи. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, енергія активації - це своєрідний енергетичний бар'єр, який відділяє вихідні речовини від продуктів реакції.
Зворотна реакція - перетворення АВ в газоподібні А2 і В2. природно, також протікає через освіту активованого комплексу А2 В2. Але величина енергії активації в даному випадку інша, ніж при синтезі АВ.
Витрачена на активацію молекул енергія потім, при утворенні продуктів реакції, повністю або частково виділяється. У разі якщо під час розпаду активованого комплексу виділиться енергії більше, ніж це вкрай важливо для активування молекул, то реакція екзотермічна, в іншому випадку - ендотермічна.
Отже, швидкість реакції безпосередньо залежить від числа молекул, що володіють енергією, достатньою для утворення активованого комплексу, а отже, здатних до хімічного перетворення. Чим більше в системі активних молекул, тим швидкість реакції більше. Один із шляхів збільшення числа активних молекул - нагрівання.
Встановлено правило: при підвищенні температури на кожні 10 0 С швидкість реакції збільшується приблизно в 2-4 рази (правило Вант -Гоффа).
Vt + Dt / Vt = g D t / 10 Температурний коефіцієнт лежить в області 2-4.
Енергетичні бар'єри обмежують протікання реакцій. Завдяки цьому багато в принципі можливі реакції затримуються або практично не протікають. Так, дерево, папір, вугілля, нафта, різні тканини здатні окислюватися і горіти в повітрі. Причина, по якій вони не загоряються самі собою в звичайних умовах (при невисоких температурах), складається в значній енергії активації відповідних реакцій.
Крім енергії активації важливою умовою здійснення хімічної реакції є орієнтація молекул в момент зіткнення. Неважко помітити, що перерозподілити ?? енію електронної щільності в активному комплексі А2. В2 більш нд ?? його сприяє умова, коли при зіткненні молекули А2 і В2 орієнтовані, як це показано на рис.1а, тоді як при орієнтації, показаної на рис 1б, ймовірність набагато менше. Вона стає ще менше при орієнтації молекул, показаної на рис.1в.