Эмпирическое правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Энергия активации.

Скорость химических реакций сильно зависит от температуры. Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа (1884) при повышении температуры на 10 градусов скорость большинства реакций возрастает в 2—4 раза. Число, показывающее, во сколько раз возрастает скорость реакции при по­вышении температуры на 10 градусов, называется температурным коэффи­циентом (γ) скорости данной реакции.

Шведский химик Сванте Аррениус в 1889 высказал мысль, что в реакцию вступают лишь те столкнувшиеся молекулы, у которых кинетическая энергия превышает некоторую минимальную величину, характерную для данной реакции, называемую энергией активации. Такие молекулы получили называние активных.

Молекулы обладают разной кинетической энергией и, следовательно, неодинаковой скоростью дви­жения. Используя специальные методы математической статистики и теории ве­роятности, для каждой температуры можно получить количественное описа­ние этого распределения (Максвелла).

Максимумы на кривых отвечают наиболее вероятной ско­рости при указанной температуре.

Например: при 20°С около 10% молекул кислорода обладают скоростями, превышающими 700 м/с. А при 100 градусов доля молекул со скоростями, превышающими 700 м/с, становится равной 17 %.

Та дополнительная энергия, которую надо придать молекулам реагирующих веществ для того, чтобы сделать их активными, называется энергией активации Е_а. Она определяется природой реагирующих веществ и служит важной кинети­ческой характеристикой любой химической реакции.

Уравнение Аррениуса связывает константу скорости реакции с ее энергией активации:

где: k - константа скорости реакции;

A —предэкспоненциальный множитель (множитель Аррениуса), постоянный для данной реак­ции;

e— основание натурального логарифма;

E_a- энергия активации, Дж/моль;

Т – температура, K;

R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль K.

Понятия о катализе, катализаторах и ингибиторах. Природа

Катализа.

Катализом называется изменение скорости химической реакции под дей­ствием веществ, химический состав и количество которых в результате реак­ции остаются неизменными. Эти вещества получили название катализаторов.

Скорость химической реакции в присутствии катализаторов может уве­личиваться или уменьшаться. В первом случае говорят о положительном, во втором — об отрицательном катализе. Отрицательный катализ часто назы­вают ингибированием, а вещества, вызвавшие его, — ингибиторами.

7. Практическое использование гетерогенного катализа на примере производства аммиака или серной кислоты.

1. 4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

2. 2SO₂ + O₂ (V₂O₅) → 2SO₃

3. SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Известно сотни веществ, ускоряющих окисление SO₂ до SO₃, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, пятиокись ванадия и окись железа. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO₂, особенно мышьяком. Окись железа требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 гр. C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее рациональным, и только он применяется при производстве серной кислоты.