תלות בטמפרטורה

המדד למהירות שבה תגובה מתקדמת נקרא קצב התגובה. קצב התגובה הכימית מוגדר על ידי חוק הקצב, המתאר את הקשר בין מהירות התגובה לבין ריכוזי המגיבים. במשוואה זו, k הוא קבוע הקצב, A ו-B הם שני המגיבים, ו-m ו-n הם סדרי התגובה שלהם.

קבוע הקצב ממיר את הקשר ליחידות הקצב הנכונות, שומות לליטר לשנייה. לפיכך, קבוע קצב יש יחידות שונות, בהתאם לסדר הכולל של התגובה. עם זאת, קבוע הקצב הוא בעל משמעות רבה יותר מאשר רק המרת יחידות. קבוע הקצב קשור לכמות האנרגיה המינימלית הדרושה להתרחשות תגובה כימית - הנקראת אנרגיית שפעול.

בתגובה, המגיבים נמצאים במצב התחלתי של אנרגיה פוטנציאלית. ככל שהתגובה מתקדמת, עליה להתגבר על אנרגיה פוטנציאלית מסוימת, אנרגיית ההפעלה, לפני שתגיע למצבה הסופי. האנרגיה נטו של התגובה היא ההבדל בין המצב הראשוני למצב הסופי. הבדל זה יכול להיות שלילי, כלומר התגובה משחררת אנרגיה, או חיובי, כלומר הוא סופג אנרגיה.

אם אין מספיק אנרגיה זמינה כדי להתגבר על אנרגיית ההפעלה, התגובה לא תתקדם. במקרים מסוימים, אנרגיה יכולה להיות מסופקת בצורה של חום. זה מספק אנרגיה נוספת כדי להתגבר על מחסום ההפעלה, ואת התגובה יכולה להמשיך. ניתן להוסיף גם זרז, המספק מסלול חלופי של אנרגיית שפעול נמוכה יותר בין המגיבים לתוצרים.

זרזים אינם נצרכים בתגובה, ולכן, אינם משפיעים על האנרגיה נטו של התגובה. אנרגיית ההפעלה נקבעת באופן ניסויי, והיא קשורה לקבוע התגובה k על ידי משוואת ארניוס כאשר A הוא הגורם הקדם-מעריכי או התדיר, R הוא קבוע הגז האוניברסלי, ו-T היא הטמפרטורה המוחלטת שבה מתרחשת התגובה.

ממשוואה זו אנו יודעים שהגדלת טמפרטורת התגובה או הפחתת אנרגיית ההפעלה מגדילה את קבוע הקצב. אם נחזור למשוואת חוק הקצב, המסקנה היא שקבוע קצב גבוה יותר מביא לקצב תגובה גבוה יותר. זה הגיוני מכיוון שככל שהטמפרטורה עולה, מולקולות נעות מהר יותר ומתנגשות בתדירות גבוהה יותר, וכתוצאה מכך חלק גדול יותר של מולקולות עם אנרגיה גבוהה יותר מאנרגיית ההפעלה.

במעבדה זו, תלמד כיצד למדוד את אנרגיית ההפעלה של תגובה באופן ניסיוני באמצעות פירוק של מי חמצן כתגובת המודל.