Đại học · 15 phút

Năng lượng hoạt hoá và định luật Arrhenius

Thay đổi nhiệt độ, năng lượng hoạt hoá, chất xúc tác và nồng độ trong mô hình va chạm để rút ra độ nhạy hàm mũ của tốc độ theo nhiệt độ.

Mục tiêu

Ước lượng năng lượng hoạt hoá bằng cách so sánh tốc độ ở hai nhiệt độ qua $\ln k = \ln A - E_a/RT$ và xem chất xúc tác hạ rào hiệu dụng thế nào.

Dụng cụ và hoá chất

Buồng va chạm ảo với thanh trượt cho nhiệt độ T, năng lượng hoạt hoá Ea, chất xúc tác và nồng độ tương đối.

Cách làm

Cố định Ea = 60 kJ/mol và conc = 50; đếm va chạm hiệu quả ở T = 300 K rồi ở 350 K.
Tính k₂/k₁ và giải Ea từ $\ln(k_2/k_1)=-\frac{E_a}{R}\left(\frac1{T_2}-\frac1{T_1}\right)$ ; so sánh với giá trị đã đặt.
Tăng gấp đôi nồng độ và kiểm chứng tốc độ tỉ lệ với tần số va chạm.
Bật chất xúc tác và mô tả tốc độ tăng mà không đổi T hay nồng độ.

Điều cần quan sát

Tăng T vài chục kelvin nhân phần va chạm vượt rào lên nhiều hơn theo tỉ lệ — đó là thừa số Boltzmann dạng mũ.
Chất xúc tác tăng tốc độ nhờ con đường rào thấp hơn: số va chạm phản ứng tăng dù nhiệt độ và nồng độ không đổi.

Giải thích

Chỉ va chạm có năng lượng vượt $E_a$ mới phản ứng; phân bố Maxwell–Boltzmann làm phần này tỉ lệ với $e^{-E_a/RT}$ , nên $k = A e^{-E_a/RT}$ . Đó là lý do tăng ~10 K thường nhân đôi tốc độ quanh nhiệt độ thường và vì sao phản ứng có $E_a$ cao nhạy nhiệt độ hơn.

Lịch sử thí nghiệm

Svante Arrhenius đưa định luật tốc độ về dạng hàm mũ năm 1889, tổng quát hoá công trình trước đó của van ’t Hoff; sau đó lí thuyết trạng thái chuyển tiếp của Henry Eyring đặt nền

E_a

trên mặt thế năng.

Nhà hoá học liên quan

Svante Arrhenius Jacobus Henricus van ’t Hoff

Chủ đề liên quan

Năng lượng hoạt hoá, phương trình Arrhenius Tốc độ phản ứng, bậc phản ứng

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.