А. Энергия активации

Большинство органических химических реакций (за исключением реакций кислот и оснований, см. Кислоты и основания) протекают очень медленно, независимо от величины ΔG. Главная причина низкой скорости реакции состоит в том, что для вступления в реакцию молекулы реагента должны обладать определённой минимальной энергией, называемой энергией активации. Наглядно это можно представить с помощью энергетической диаграммы наиболее простой реакции A → B (1). Каждое из соединений, реагент A и продукт реакции B, обладает определённым химическим потенциалом (P_р и P_пр соответственно). Изменение свободной энергии реакции (ΔG) соответствует разности потенциалов. Для превращения в B соединение A должно преодолеть энергетический барьер, пик которого P_а выше P_р. Разность потенциалов P_а — P_р носит название энергия активации (Е_а).

В пользу того, что A, в принципе, может превратиться в B, свидетельствует то обстоятельство, что Р_р является средним значением потенциала для всех молекул, вступающих в реакцию. Время от времени отдельные молекулы достигают гораздо более высокого потенциала, например за счёт столкновения с другими молекулами. Если в результате столкновения энергия молекулы превысит Е_a, эта молекула перейдёт энергетический барьер и превратится в B. На рис. 2 и 3 приведено распределение энергии для молекулярных ансамблей, рассчитанное на простой модели. Δn/n это та часть молекул, которая обладает (или превышает) энергией Е (в кДж/моль). Например, при 27 °С около 10 % молекул обладают энергией около 6 кДж/моль. Энергия активации химических реакций обычно существенно выше. Аналогичный график для реакции с энергией активации около 50 кДж/моль приведён на рис. 3. Cтатистически при 27 °С такой энергией обладает только 2 из 10⁹ молекул, при 37 °С — четыре молекулы (3). Подобная зависимость позволяет объяснить найденный эмпирическим путём температурный коэффициент скорости биологических процессов Q₁₀, который означает, что при повышении температуры на 10 °С скорость реакции возрастает в 2 раза.

Статьи раздела «Кинетика химических реакций»:

• Кинетика химических реакций
• А. Энергия активации
• Б. Скорость реакции
• В. Порядок реакции

— Следущая статья   |   — Вернуться в раздел