Симулятор скорости реакции и теории столкновений
Уравнения этой модели
| [A], [B] | Молекулы A | больше молекул в том же ящике — больше столкновений в секунду, поэтому скорость растёт с каждой концентрацией | |
|---|---|---|---|
| скорость | реакций в секунду | подсчитано в ящике, усреднено за последние несколько секунд | |
| k | константа скорости | всё об отдельном столкновении: как часто встречаются молекулы и у скольких столкновений хватает энергии |
При текущих значениях:
| Ea | Энергия активации Ea (кДж/моль) | наименьшая энергия, нужная столкновению вдоль линии между двумя центрами, чтобы разорвать старые связи; у реальных реакций 40–200 кДж/моль, здесь меньше, чтобы было видно, как это происходит | |
|---|---|---|---|
| R | газовая постоянная | 8.314 J/(mol·K) | |
| T | Температура T (K) | ||
| доля | доля столкновений с достаточной энергией | теория против доли, измеренной в ящике |
При текущих значениях:
| A | предэкспоненциальный множитель | как часто молекулы сталкиваются в правильной ориентации; с температурой он почти не меняется | |
|---|---|---|---|
| k ÷ k(300 K) | ускорение по сравнению с комнатной температурой | при Ea = 50 кДж/моль нагрев на 10 °C почти удваивает скорость |
При текущих значениях:
| f(E) | распределение энергий Максвелла — Больцмана | график: площадь правее красной линии — доля молекул с энергией больше Ea; она быстро растёт, когда кривая уплощается при большей T |
|---|
Как пользоваться симулятором скорости реакции
- В коробке красные молекулы A и синие молекулы B летают и отскакивают друг от друга. Когда A ударяет B достаточно сильно — с энергией вдоль линии центров больше энергии активации, — они реагируют: вспышка, и их место занимает зелёная молекула C.
- Повысьте температуру: молекулы ускоряются, и доля столкновений с достаточной энергией растёт гораздо быстрее, чем число столкновений. Добавьте A или B — столкновений в секунду станет больше. Отметьте «Добавить катализатор», чтобы снизить барьер, и смотрите, как скорость подскакивает при той же температуре.
- Сравните долю прореагировавших столкновений A–B, подсчитанную в коробке, с предсказанной теорией e^(−Ea/RT). График показывает распределение энергий Максвелла — Больцмана с энергией активации красной линией: закрашенный хвост за ней и реагирует.
Частые вопросы
Что такое теория столкновений?
Молекулы реагируют только при столкновении, с достаточной энергией и правильной ориентацией. Скорость — число столкновений в секунду, умноженное на долю успешных. Больше молекул в том же объёме — больше столкновений; выше температура — больше столкновений и, что гораздо важнее, бо́льшая доля с достаточной энергией.
Почему небольшое повышение температуры так ускоряет реакцию?
Потому что доля столкновений с энергией выше энергии активации равна e^(−Ea/RT) и круто растёт с T. Для типичной Ea 50 кДж/моль переход от 25 °C к 35 °C увеличивает эту долю примерно на 90% — эмпирическое правило Вант-Гоффа: 10 °C удваивают скорость. Средняя энергия молекул растёт всего на 3%.
Как работает катализатор?
Он даёт реакции другой путь с меньшей энергией активации, например удерживая молекулы на поверхности в нужном положении. Тогда гораздо больше столкновений преодолевает барьер при той же температуре. Катализатор не расходуется и одинаково ускоряет прямую и обратную реакции, поэтому не меняет положение равновесия.
Почему энергии активации здесь такие малые?
Чтобы реакции можно было увидеть. При реальной энергии активации 50–100 кДж/моль при комнатной температуре успешно лишь одно столкновение из 10⁹–10¹⁸, и в коробке из 160 молекул ни одна не прореагировала бы дольше, чем вы готовы ждать. Симуляция использует 2–25 кДж/моль; уравнения те же, а отношение Аррениуса показывает, что сделала бы бо́льшая Ea.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.