Активация. Химические реакции осуществляются в результате взаимных столкновений молекул

Химические реакции осуществляются в результате взаимных столкновений молекул. Скорость реакции на основании закона действующих масс зависит от концентрации реагирующих молекул, следовательно, и числа столкновений. Чем больше концентрация, тем больше будет столкновений. Однако в реакциях, протекающих с конечной скоростью, не все столкновения молекул приводят к химическому взаимодействию. Эффективными будут только те столкновения между молекулами, которые в момент столкновения обладают некоторым избытком внутренней энергии и при встрече их может выделиться энергия, необходимая для разрушения химических связей. Этот избыток энергии, необходимый для проведения данной реакции, называется энергией активации. Причина того, что топливо (бензин, керосин и т. п.) не загорается само собой, заключается в значительной энергии активации соответствующих окислительных реакций. Повышение температуры приводит к тому, что все чаще и чаще молекулы окислителя и горючего в момент столкновения имеют необходимый избыток энергии, в конце концов скорость реакции достигает большой величины – начинается горение. По теории активации к реакции могут привести только столкновения между активными молекулами, энергия которых будет больше энергии активации.

Когда число активных молекул составляет относительно малую долю от их общего числа , то (на основании уравнения распределения Больцмана) отношение их равно

, (18.15)

где E_a – некоторый минимум энергии молекул при столкновении.

В силу этого активное число столкновений, энергия которых превышает энергию активации E_a, равно

, (18.16)

где z₀ – полное число столкновений.

На основании уравнения (18.16) скорость химической реакции

(18.17)

зависит как от температуры, так и от величины энергии активации.

Для бимолекулярной реакции скорость W₀, соответствующая полному числу столкновений молекул равна

,

где k₀ – константа скорости по столкновению;

с₁,с₂ – концентрации реагентов.

Действительная скорость реакции на основании теории активации определяется по формуле

. (18.18)

Обозначая величину через k, получим

, (18.19)

где k – действительная константа скорости химической реакции, которая учитывает фактор активации.

Выражение для действительной скорости реакции (18.19) имеет тот же вид, что и закон действующих масс, но учитывает фактор активации .