阿仑尼乌斯公式和活化能

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1、年第期舟山师专学报自然科学版阿仑尼乌斯公式和活化能盛卫群化学反应速度属化学动力学范畴。大学课程讨论了温度对反应速度影响的定量关系,引入了阿仑尼乌斯公式和活化能概念。本人从温度对反应速度的影响谈起,对阿氏公式的产生和意义进行讨论,并对活化能的定义、本质及其与温度的关系进行探索。一、阿仑尼乌斯公式阿氏公式的产生,、十,一一。对于反应。药其反应速度的一般形式为已几为丛反应物浓度,力为反应级数,犬,恒温。式中代表单位浓度下的反应速度下是常数温度改,左随之,,。变时而变故温度对反应速度的影响就是温度对的影响年,阿仑尼乌斯在研究不同

2、温度下酸度对蔗糖转化速度的影响时,提出了一个双参数速度常数的经验公式一一滋然称为阿氏公式式中为气体常数,肋热力学温度,和为实验中所得的经验常数,称为速度参数阿仑公式的几种数学表示形式及意义一一,指数式呱,后,,瓦本是经验常数经理论研究发现有一定的物理意义称频率因子即阿氏的经验活化一能轰,,从式不难看出增函数即温‘提聊乍一‘‘少一一,变大度升高同时由于依朔指数项电广了难。更表现了温度对速度常数的重要影响图一直观地显示了八寸的影响。对数式尸、十、剧一全、,、,、、‘微分式书竺武竺竺二止竺兰〔图一式的曲线尹,尸随,,②式告诉我

3、们第一了的变化率与成正比因此活化能越大的反应温度,,。升高的速度增加越快第二肠随的变化率还与尸成反比即原始温度越高增加温度引起的速度变化越不显著。图一曲线变化趋势已暗示了这一特点。今化学系级毕业生‘。二积分式竺兰一不司一一经近百年大量实验证明,阿氏公式是一个适用性广而关系较精确的公式,经各种实验检验,对多数反应都适用。近三十年由于实验技术的发展,阿氏公式受到更严格的审查,一些反应在扩大温度范围进行实验时,如叽。十在一内试验中,细一图中出现了曲线,使人们对阿氏公式和精确性产生了怀疑,即一定是常数吗二、活化能活化能的定义对活

4、化能的定义,化学界争辩了几十年,目前主要有三种提法活化分子能量与反应物分子平均能量之差,称为活化能。这是年阿氏的提法。活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差,称为。这是活化能··年路易斯的提法,而且是现行教材多数采用的定义。活化分子的平均能量与反应物分子的平均物量之差,称为活化能。这是年托尔曼··的提法。以上三种不同定义,对反应物分子都指其平均能量,但对活化分子的能量标线持不同意见。托尔曼认为活化分子本身能量也有差异,此标线应指其平均能量路易斯则认为应指其最低能量而阿仑乌斯对此标线说法比较笼统。本人认为托尔曼

5、的活化能定义较为科学。因为第一、分子属微观粒子,讨论分子能量如同讨论其运动规律一样,必须运用统计学原理加以讨论。第二、所谓活化分子,不能简单地认为某一分子达到了某个能值才谓活化分子,而应该是具有较高能量、较大活性的又达到了某一能域,能引起反应的一群分子,它本身包含了统计意义。第三、事实上,当反应物分子获取能量成为活化分子时,活化分子的能量不尽柑同,因而不能取某个分子的能量作为衡量全部活化分子能量的标线,只有取其平均能量才更为客观第四、在物质反应过程的能量变化中,反应物和产物既然均取其平均能量,那么中间态活化态物质也应取其

6、平均能量,这样更为准确。可以预言,对托尔曼的活化能定义今后将会广泛地得到应用经验活化能阿仑尼乌斯对其公式解释时说在他的实验体系蔗糖液中,有两种蔗糖分子,一种是活化分子,一种是非活化分子普通分子。前者能量较高,只有活化分子才能转变成产物,非活化分子只有吸收了能量变成活化分子后才能发生反应。他的公式中的就是一摩尔活化分子比普通分子可高出的能量,称为活化能。图二活化能示意图反应过程如图二所示。因的数值是通过实验测得的,故人们称其为经验活化能。下表列出了部分反应测·一。,’得的值可见一般不反应的活化能在一之间一’化学反应口君〕从

7、斗厅一分从几丛边与几从分口分十万,。、,以万工拭从斗丛一刀万分刀万花认分从一’,,,,因伙若越大则值越小且在的指数项中故从阿氏公式看对影响很显著。若两反应化能相差灯一’,设相同,则时其速度比为如活化能相差“尸一’,尤时速,一。一尸一’灯度相差多倍而灯也只占某些反应活化能的左右,故化工生产中多数反应均采用性能良好的催化剂来改变反应历程,降低活化能,达。一,,’,到加速之目的如反应从刀口一拭时为灯沼加了蒸气作催化时,。一’降为灯酬显然反应速度增加了近倍活化能的本质活化能的本质至今尚不很清楚,因它既是微观的,又是动态的,故对它

8、认识带来了很大困维。那么活化能的本质究竟是什么为什么分子间进行反应时需吸收一定活化能对此在两种不同的理论解释中有不同的回答。碰撞理论中的活化能概念年,路易斯首先提出了碰撞理论。认为化学反应是由分子碰撞引起的,但不是所有相碰撞的分子都能引起化学反应。只有相碰的“分子对”在其碰撞方向的平动能碰撞动能达到或超过临界值。。时