Hoá lý

Năng lượng hoạt hoá, phương trình Arrhenius

Vì sao phản ứng nhanh lên khi đun nóng, và độ cao của hàng rào năng lượng điều khiển tốc độ ra sao.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: chỉ va chạm đủ năng lượng mới tính

Các phân tử phải va chạm mới phản ứng được, nhưng phần lớn va chạm chỉ nảy ra: liên kết chỉ đứt được nếu các phân tử va chạm mang đủ năng lượng, gọi là năng lượng hoạt hoá $E_a$ . Nhiệt độ không đổi số phân tử; nó đổi số phân tử có đủ năng lượng.

Tăng nhiệt độ, thêm chất xúc tác hoặc tăng Ea rồi so sánh tốc độ xuất hiện của C. Năng lượng được thu nhỏ (Ea ÷ 8) để phản ứng thấy được trong vài giây.

Phổ thôngMức phổ thông: nhiệt độ và tốc độ

Theo quy tắc gần đúng, nhiều phản ứng gần nhiệt độ phòng nhanh gấp hai đến ba lần khi tăng mỗi 10 °C. Quy tắc này chỉ gần đúng: hệ số thật phụ thuộc $E_a$ và chính nhiệt độ. Chất xúc tác làm phản ứng nhanh hơn bằng cách cung cấp con đường có $E_a$ thấp hơn; nó không bị tiêu hao.

Đại họcĐại học: phương trình Arrhenius

k = A\,e^{-E_a/RT}\qquad\Longleftrightarrow\qquad \ln k = \ln A - \frac{E_a}{R}\cdot\frac{1}{T}

Thừa số $e^{-E_a/RT}$ là phần các va chạm có năng lượng trên $E_a$ (thừa số Boltzmann); $A$ gộp tần số va chạm và yêu cầu về định hướng. Đồ thị $\ln k$ theo $1/T$ là đường thẳng có hệ số góc $-E_a/R$ , đó là cách đo năng lượng hoạt hoá.

Ví dụ: Tốc độ gấp đôi khi tăng 10 K

Hằng số tốc độ gấp đôi giữa 300 K và 310 K. Ước lượng $E_a$ .

Lời giải

$E_a = R\ln 2 \big/ \left(\tfrac1{300} - \tfrac1{310}\right) = 8{,}314 \times 0{,}693 / 1{,}075\times10^{-4} \approx 5{,}4\times10^{4}$ J/mol, khoảng 54 kJ/mol.