аспределение молекул газа по кинетической энергии для двух температур 7\ и

Z?a— энергия активации. Площади заштрихованных участков выражают доли активных молекул при температурах Г5 и Г4.

превышает значение Ez (участок на рис. 63, покрытый сеткой). Площадь, ограниченная всей кривой и осью абсцисс, равна единице.

Кривая на рис. 63 показывает, что молекулы газа, находящегося при постоянной температуре, обладают различной энергией. Наибольшая часть их имеет энергию, равную некоторой средней величине Еср или близкую к ней. Но имеются молекулы, энергия которых больше или меньше ?ср. При этом, чем сильнее отличается энергия от ?ср, т. е. чем дальше от максимума расположена точка кривой, тем меньшая доля молекул газа обладает такой энергией.

Как изменится кривая при изменении температуры? На рис. 64 показаны две кривые, отвечающие одному и тому же количеству газа, находящегося при температуре Т\ и Т2 (T2>Ti). Видно, что кривая, относящаяся к температуре Т2, смещена вправо — в сторону более высоких энергий.

Если на рис. 64 отметить энергию активации ?а какой-либо реакции, протекающей с участием данного газа, то будет видно, что доля молекул газа, энергия которых превышает ?а, резко возрастает с повышением температуры.

Возрастание скорости реакции с ростом температуры принято характеризовать температурным коэффициентом скорости реакции—числом, показывающим, во сколько раз возрастает скорость данной реакции при повышении температуры системы на 10 градусов. Температурный коэффициент различных реакций различен. При обычных температурах его значение для большинства реакций лежит в пределах от 2 до 4. Это на первый взгляд небольшое значение температурного коэффициента обусловливает, однако, большое возрастание скорости реакции при значительном повышении температуры. Например, если температурный коэффициент равен 2,9, то при возрастании температуры на 100 градусов скорость реакции увеличивается в 2,910, т. е. приблизительно в 50 000 раз.

Энергия активации различных реакций различна. Ее величина является тем фактором, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции. Для некоторых реакций энергия активации мала, для других, наоборот, велика.

Если энергия активации очень мала (меньше 40 кДж/моль)\ то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к реакции. Скорость такой реакции велика. Примером реакций, энергия активации которых ничтожно мала, могут служить ионные реакции в растворах, сводящиеся обычно к взаимодействию разноименно заряженных ионов; опыт показывает, что такие реакции протекают практически мгновенно.

Напротив, если энергия активации реакции очень велика (больше 120 кДж/моль), то это означает, что лишь очень малая часть столкновений взаимодействующих частиц приводит к протеканию химической реакции. Скорость подобной реакции очень мала. Примером реакции, имеющей высокую энергию активации, является реакция синтеза аммиака:

N2 + ЗН2 = 2NH3

Эта реакция при обычных температурах протекает столь медленно, что заметить ее протекание практически невозможно.

Наконец, если энергия активации реакции не очень мала и не очень велика (40—120 кДж/моль), то такая реакция будет протекать не очень быстро и не очень медленно. Скорость такой реакции можно измерить. Примером реакции, протекающей с измеримой скоростью, может служить приведенная выше реакция разрушения тиосульфата натрия серной кислотой (см. стр. 164).

Реакции, требующие для своего протекания заметной энергии активации, начинаются с разрыва или с ослабления связей между атомами в молекулах исходных веществ. При этом вещества переходят в неустойчивое промежуточное состояние, характеризующееся большим запасом энергии. Это состояние называется активированным комплексом. Именно для его образования и необходима энергия активации. Неустойчивый активированный комплекс существует очень короткое время. Он распадается с образованием продуктов реакции; при этом энергия выделяется.

В простейшем случае активированный комплекс представляет собою конфигурацию атомов, в которой ослаблены старые связи

А К.

АК.

Т

с,

А к!

И. В.

Тепловой, эффект

\оеакаии

X :

ля

И. В.

т

ТеплоВай эффект ^реакции

4J

П. P.

Рис. G5. Энергетическая схема реакции:

И, В. — исходные вещества; А. К. — активированный комплекс; Я. Р. — продукты реакции; Ва пр— энергия активации прямой реакции; В& обр — энергия активации обратной

реакций.

Рис. GG. Энергетическая схема реакций» протекающей с участием катализатора;

Ц. В.— исходные вещества; А. К, — активированный комплекс без катализатора; А. Р?.— акти-йированный комплекс в присутствии катализатора; Я. Р. —продукты реакции; Л?а—энергия активации прямой реакции без катализатора; Е'й> пр — то же в присутствии катализатора; Ла Qgp —энергия активации обратной реакции без катализатора; 0бр~то же в присутствии катализатора.

н

I

н

и образуются новые. Примером может служить схема реакции синтеза