При повышении температуры на каждые 10 0скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза, и, наоборот, при понижении температуры – понижается соответственно во столько же раз.
Зависимость скорости реакции от температуры приближенно выражается уравнением Вант-Гоффа:
(45)
где и — константы скорости при температурах Т1 и Т2; — температурный коэффициент скорости реакции (коэффициент Вант-Гоффа), для многих реакций у лежит в пределах 2-4.
Аналогично для скорости реакции справедливо выражение:
(46)
где и , — скорости реакции при температурах Т1 и Т2 соответственно.
Шведский ученый С. Аррениус на основании экспериментальных данных показал, что число активных частиц, а, следовательно, скорость и константа скорости возрастает с температурой по экспоненциальному закону. Выведенная им зависимость константы скорости от температуры Т называется уравнением Аррениуса:
(47)
где k0 - предэкспоненциальный множитель; R - универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль К); Т- абсолютная температура; - энергия активации, т.е. минимальная энергия, которой должны обладать сталкивающие молекулы, чтобы преодолеть потенциальный барьер, разделяющий исходное и конечное состояние системы. Понятие «энергия активации» позволяет свести все многообразие молекул различных веществ к обобщенной энергетической характеристике. Она зависит от природы реагирующих веществ и определяет механизм протекания реакции. Энергию активации определяют опытным путем и выражают в кДж/моль. Если энергия активации меньше 40 кДж/моль, то такая реакция протекает практически мгновенно. Реакции с > 150 кДж/моль при комнатной температуре не протекают. Энергия активации — важнейшее понятие химической кинетики ; ее значения включают в специальные справочники и используют в химической технологии для расчета скоростей реакций в различных условиях.
Уравнение Аррениуса позволяет проводить более точные расчеты изменения скорости реакции с увеличением температуры, чем уравнение (5). Уравнение Аррениуса позволяет рассчитать
- константы скорости реакций для различных температур:
(48)
- энергию активации:
(49)
- предэкспоненциальный множитель:
(50)
Предэкспоненциальный множитель отражает частоту столкновения и ориентацию реагирующих частиц.