Влияние различных факторов на скорость химической реакции

Влияние температуры

Активность ферментов зависит от температуры окружающей среды. Со снижением температуры прогрессивно уменьшается ферментативная активность до полного подавления. Этот процесс является обратимым, так как при низких температурах ферменты не разрушаются. С повышением температуры действие фермента усиливается, если она не превышает предельное значение. При дальнейшем повышении температуры активность фермента снижается, а затем происходит полное необратимое подавление активности и разрушение фермента. Необходимо также отметить, что для микроорганизмов каждого вида имеется область температур, для которой характерна максимальная их ферментативная активность.

Влияние температуры на скорость химической реакции передает уравнение Аррениуса

(5.3.1.1)

где А - предэкспоненциальный множитель; Е - энергия активации; R - универсальная газовая постоянная; Т - температура, К. Константы уравнения Е и А не зависят (или мало зависят) от температуры.

Для обоснования уравнения Я. Вант-Гофф и С. Аррениус ввели понятие энергетического барьера, который необходимо преодолеть участниками реакции. Величина этого барьера характеризуется той минимальной избыточной энергией Е (по сравнению со средней величиной), которой должны обладать исходные вещества для того, чтобы произошла реакция.

Зная энергию активации, можно рассчитать константу скорости реакции (К2) при температуре Т2, если она известна при температуре Т1. Логарифмируя уравнение (5.3.1.1) при двух температурах и учитывая, что Е и А не зависят от температуры, получаем

(5.3.1.2)

Исходя из этого уравнения, можно решить обратную задачу: определить энергию активации, зная константы скорости реакции при температурах.

Теоретическое обоснование уравнения Аррениуса дала теория переходного состояния Эйринга и Поляни. Основное уравнение этой теории раскрывает смысл энергии активации и предэкспоненциального множителя

(5.3.1.3),

где NA - число Авогадро; h - постоянная Планка; - энтропия образования переходного состояния; - энтальпия образования переходного состояния. Например, если рассмотреть реакцию

аА + bB ® rR

то реально она протекает через образование переходного состояния (АВ)#, которое разлагается на продукты реакции

аА + bB®(AB)# ® rR

На образование (АВ) необходима затрата энергии активации или DН# (E = DН#).

Влияние концентрации реагирующих веществ

Во многих случаях скорость реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ ci, возведенных в соответствующие степени ni:

(5.3.2.1)

где k - коэффициент пропорциональности - константа скорости реакции; она не зависит от концентрации реагирующих веществ и времени. Показатели степеней n1, n2, … определяются по опытным данным.

Уравнение (5.3.2.1) называется дифференциальным уравнением скорости химической реакции. Из него вытекает, что при с1=с2=сi=1 скорость реакции численно равна константе скорости. Поэтому константу скорости иногда называют удельной скоростью реакции. В закрытых системах концентрация исходных веществ со временем уменьшается, и скорость реакции падает. В открытых системах при стационарном процессе (большинство процессов в проточных промышленных реакторах) концентрации реагирующих веществ и скорости химического процесса в данной области реактора остаются постоянными.

Следует заметить, что при увеличении начальной концентрации загрязняющего вещества в 10 раз не значительно повлияет на скорость химической реакции, а следовательно на время очистки, что далее будет приведено в расчетах.

Еще статьи по экологии

Распределение водорослей по экологическим градиентам, устанавливаемым по высшей растительности
Закон толерантности Шелфорда гласит: "Само присутствие и процветание организма в данном местообитании зависит от целого комплекса условий. Отсутствие или невозможность процветания опред ...

Установление класса опасности отходов для предприятия ЗАО ТРОЛЗА
Данный дипломный проект посвящен установлению классов опасности отходов для предприятия ЗАО «ТРОЛЗА». Проведен тщательный анализ научной и патентной литературы посвященный проблеме промышле ...

Состояние и перспективы развития сети российских национальных парков
В процессе своего развития человечество поставило под угрозу существование естественных экологических систем и природных комплексов, которые являются необходимым условием сохранения био ...