Номер 2, страница 142 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 20. Скорость химических реакций - номер 2, страница 142.

Условие.

2. Что такое энергия активации? Как величина энергии активации влияет на скорость взаимодействия веществ?

Решение.

Решение 2.

Что такое энергия активации?

Энергия активации, обозначаемая как $E_a$, — это минимальная избыточная энергия, которую необходимо сообщить частицам (молекулам, атомам, ионам) вступающих в реакцию веществ, чтобы их столкновение стало эффективным, то есть привело к химическому превращению. Эту энергию можно рассматривать как своего рода энергетический барьер, который реагенты должны преодолеть, чтобы превратиться в продукты. Энергия, необходимая для преодоления этого барьера, идет на разрыв или ослабление старых химических связей и формирование промежуточного высокоэнергетического состояния, называемого активированным комплексом. Активированный комплекс — это неустойчивая структура, которая затем распадается с образованием продуктов реакции.

Ответ: Энергия активации — это минимальная энергия, необходимая для того, чтобы столкновение реагирующих частиц привело к химической реакции.

Как величина энергии активации влияет на скорость взаимодействия веществ?

Величина энергии активации оказывает сильное влияние на скорость химической реакции: между ними существует обратная зависимость. Чем выше значение энергии активации, тем медленнее протекает реакция, и наоборот, чем ниже энергия активации, тем быстрее идет реакция. Это связано с тем, что при любой заданной температуре не все молекулы обладают одинаковой энергией.
Если энергетический барьер ($E_a$) высок, то лишь очень малая доля молекул обладает достаточной кинетической энергией, чтобы его преодолеть при столкновении. Следовательно, количество эффективных столкновений в единицу времени невелико, и скорость реакции низкая.
Если же энергия активации мала, то значительно большее количество молекул имеет энергию, равную или превышающую $E_a$, что приводит к увеличению числа эффективных столкновений и, как следствие, к высокой скорости реакции.
Эта зависимость количественно выражается уравнением Аррениуса, которое связывает константу скорости реакции $\text{k}$ с энергией активации:
$k = A \cdot e^{-E_a / (RT)}$
где $\text{A}$ – предэкспоненциальный множитель (учитывает частоту и геометрию столкновений), $E_a$ – энергия активации, $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ – абсолютная температура. Из формулы видно, что с ростом $E_a$ показатель степени $ (-E_a / (RT)) $ становится более отрицательным, значение экспоненты уменьшается, что приводит к уменьшению константы скорости $\text{k}$ и, следовательно, к снижению общей скорости реакции.

Ответ: Чем выше энергия активации, тем ниже скорость химической реакции. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции.