2. Влияние давления

Концентрация вещества, находящегося в газообразном состоянии, увеличивается с повышением давления. Поэтому для реакций, протекающих с участием газообразных веществ, увеличение давления (равнозначное увеличению концентрации) приводит к повышению скорости реакции. Влияние давления увеличивается с возрастанием порядка реакции (υ ~ pⁿ).

Всегда благоприятно применение давления для процессов, протекающих с уменьшением газового объёма, так как согласно принципу Ле Шателье – Брауна, повышение давления вызывает увеличение выхода продукта.

Повышение давления уменьшает объём газовой смеси, в результате чего снижаются размеры аппаратов и сечения газопроводов.

Небольшое повышение давления мало влияет на скорость процессов в жидкой фазе, однако скорости многих реакций в жидкой среде сильно увеличиваются при довольно высоких давлениях. Например, при высоких давлениях (несколько сотен МПа) скорость процессов полимеризации некоторых мономеров увеличивается в десятки раз.

3. Влияние температуры

В химическую реакцию могут вступать только активные частицы (молекулы, атомы, радикалы), т.е. те, которые обладают энергией, превышающей энергию активации реакции.

Энергия активации элементарной реакции Е_а – это минимальный избыток энергии над средней внутренней энергией молекул, необходимый для того, чтобы произошло химическое взаимодействие (энергетический барьер, который должны преодолеет молекулы при переходе из одного состояния реакционной системы в другое).

Рис. 3.2. Энергия активации в экзотермической реакции

Доля активных молекул возрастает при увеличении температуры. Зависимость скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

(3.5)

где k – константа скорости реакции; k_o – предэкспоненциальный множитель (коэффициент, учитывающий частоту соударений, пространственную ориентацию молекул реагентов, а также ряд других факторов, влияющих на скорость реакции и не зависящих от температуры).

Химические реакции более чувствительны к изменению температуры в области более низких температур. Согласно правилу Вант Гоффа повышение температуры на 10 градусов увеличивает скорость реакции в 2-4 раза.

Чем выше энергия активации реакции, тем более чувствительна она к изменениям температуры.

Для сложных реакций увеличение температуры не только повышает их скорость, но и меняет ход процесса. Рассмотрим это на примере параллельных реакций:

А → В (целевая реакция)

А → D (побочная реакция)

Если энергия активации целевой реакции превышает энергию активации побочной реакции, то с ростом температуры скорость целевой реакции будет расти быстрее, чем скорость побочной реакции. Таким образом, при повышении температуры выход продукта В (за определённый период времени) возрастёт больше, чем выход продукта D, т.е. изменится соотношение между содержанием конечных продуктов B и D, или что тоже самое, увеличится селективность процесса. Наоборот, если энергия активации целевой реакции меньше, чем энергия активации побочной реакции, то для увеличения селективности температуру нужно понижать. Это необходимо учитывать, когда стремятся повысить выход того или иного продукта в сложной реакции.