Arrheniova rovnice

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 5. května 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Arrheniova rovnice zakládá závislost rychlostní konstanty chemické reakce na teplotě . $k$ $T$

Podle jednoduchého srážkového modelu může k chemické reakci mezi dvěma výchozími látkami dojít pouze v důsledku srážky molekul těchto látek. Ale ne každá srážka vede k chemické reakci. Je nutné překonat určitou energetickou bariéru , aby molekuly začaly vzájemně reagovat. To znamená, že molekuly musí mít určitou minimální energii ( aktivační energii ), aby tuto bariéru překonaly. Z Boltzmannovy distribuce pro kinetickou energii molekul je známo, že počet molekul s energií je úměrný . V důsledku toho je rychlost chemické reakce reprezentována rovnicí, kterou získal švédský chemik Svante Arrhenius z termodynamických úvah: $E_{a}$ $E>E_{a}$ ${\displaystyle \exp {\left(-{\frac {E_{a}}{RT}}\right)))$

k(T)=A\cdot e^{{-E_{a}}/{RT}}.

Zde preexponenciální faktor ( frekvenční faktor ) charakterizuje frekvenci srážek reagujících molekul, je univerzální plynová konstanta . $A$ $R$

V rámci teorie aktivních srážek závisí na teplotě, ale tato závislost je poměrně pomalá: $A$

A=a\cdot {\sqrt {T}).

Odhady tohoto parametru ukazují, že změna teploty v rozsahu od 200 °C do 300 °C vede ke změně frekvence srážek o 10 %. $A$

V rámci teorie aktivovaného komplexu se získávají další závislosti na teplotě, ale ve všech případech slabší než exponent. $A$

frekvenční faktor také ukazuje podíl aktivovaných částic (mají dostatek energie pro chemickou reakci) vzhledem k celkovému počtu částic $A$ $A=N_{activated}/N$

Arrheniova rovnice v diferenciálním tvaru:

{\frac {d\ln k}{dT}}={\frac {E_{a}}{RT^{2}}}

Arrheniova rovnice se stala jednou ze základních rovnic chemické kinetiky a aktivační energie se stala důležitou kvantitativní charakteristikou reaktivity látek.

Nízký teplotní limit rychlosti chemických reakcí

Z Arrheniovy rovnice vyplývá, že jak teplota směřuje k absolutní nule, chemická aktivita jakékoli látky mizí. Ve skutečnosti se efekty kvantově-mechanického tunelování stávají významnými při extrémně nízkých teplotách . Výsledkem je, že Arrheniova rovnice již při nízkých teplotách neplatí. Pro rychlost chemických reakcí existuje nízkoteplotní limit: jak se teplota blíží absolutní nule, exponenciální závislost rychlosti reakce na teplotě mizí, rychlost chemických reakcí přestává záviset na teplotě a dosahuje konečné nenulové hodnoty. . [jeden]

Viz také

Poznámky

↑ V. I. Gol'danskii , " Fenomén kvantové nízkoteplotní limity rychlosti chemických reakcí ", Usp. Khim., 44:12 (1975), 2121-2149; Ruský Chem. Reviews 44:12 (1975), 1019-1035

Literatura

Stiller V. Arrheniova rovnice a nerovnovážná kinetika. - M. : Mir, 2000. - 176 s.