1. а) Итак, молекулы газообразного или растворённого вещества значительно различаются по энергии. Причём это касается не только кинетической энергии поступательного движения, но и энергии других видов движения – вращательного, колебательного, а также движения групп атомов в самих молекулах.
б) При этом молекулы постоянно сталкиваются друг с другом, с молекулами растворителя и прочих веществ. Поэтому в одних молекулах связи, которые должны разорваться в рассматриваемой реакции, оказываются более слабыми, в других – более сильными.
в) В итоге, можно говорить о неравномерном распределении не только механической, но и химической энергии.
2. а) Центральное представление химической кинетики состоит в том, что реакционноактивными являются не все молекулы (тогда бы реакция проходила мгновенно), а лишьте частицы, чья энергия не меньше (по модулю) некоего уровня, называемого энергетическим барьером, Еб.
Доля таких активных частиц соответствует на рис.18.4 площади заштрихованной области под кривой распределения.
 |
б)Разница же между средней и барьерной энергией реагентов и есть энергия активации:
Заметим, что энергия активации – всегда положительная величина.
3. а) Таким образом, Еак показывает, сколько энергии надо сообщить 1 молю средних молекул, чтобы они все стали реакционноактивными.
б) Причём ясно: чем меньше Еак , тем больше доля активных молекул и, следовательно, выше скорость реакции.
в) То же самое можно сказать об энергии активации обратной реакции.
4. Какова же конкретная зависимость доли активных молекул (ζак) от энергии активации?
 |
а) Чтобы её определить, надо (как уже было сказано) найти площадь заштрихованной площади на рис. 18.4, т.е. рассчитать интеграл:
 |
б) Подстановка сюда (18.10) после ряда преобразований приводит к приближённому результату:
где L – некий множитель.
в) Таким образом, доля активных молекул с ростом энергии активации убывает практически по экспоненциальному закону. Это утверждение часто обозначается как закон Больцмана.
Заметим: на самом деле распределение Больцмана строго выводится для другой ситуации.
5. а) Представление об энергии активации часто иллюстрируют также с помощью энергетической диаграммы (рис.18.5).
Поскольку, как мы говорили, используют не только Еак , но и ΔGак , диаграмма дана для энергии Гиббса. В частности, энергия участников реакции (реагентов и продуктов) характеризуется через энергию Гиббса сгорания, ΔGсг (п.4.11). Но вида диаграммы это нисколько не меняет.
б) Итак, на рисунке ось абсцисс условно соответствует ходу реакции, а по оси ординат откладывается энергия. При этом показаны следующие величины.
I . ΔGср(реаг) и ΔGср(прод) – средние энергии (сгорания) реагентов и продуктов. Если в реакции – несколько реагентов, то ΔGср(реаг) – сумма их средних мольных энергий. То же – в отношении ΔGср(прод).
 |
II. Разница между этими величинами – энергия реакции:
III . Энергетический барьер, ΔGб, является одинаковым для прямой и обратной реакций.
IV . Энергии активации той и другой, соответственно, равны:
 |
V . Вычитая из первого уравнения второе, находим, что энергии активации прямой и обратной реакций тоже отличаются друг от друга на энергию реакции:
Дата: 2019-02-02, просмотров: 229.
