Как температура влияет на скорость химической реакции? Уравнение Аррениуса

Скорость химической реакции зависит от температуры. Выше температура - быстрее реакция. Сейчас вы познакомитесь с этой зависимостью на примере варки яйца.

Посмотрим во сколько раз замедлится приготовление яйца в горах, по сравнения с варкой на уровне моря и посчитаем как быстро яйцо сварилось бы в Аду.

На уровне моря вода кипит при температуре сто градусов. Вода в кастрюле у хозяйки в столице Мексики на высоте две тысячи метров закипает при девяносто трех градусах. А на вершине горы Арагац в Армении при восьмидесяти восьми. Чтобы рассчитать во сколько раз замедлится скорость реакции “свертывания” белка, нужно понять что влияет на скорость.

Молекулы движутся с очень большой скоростью, которая зависит от их массы и температуры. При этом они испытывают частые столкновения с другими молекулами.

Но не каждое столкновение приводит к химическим превращениям.

На скорость реакции влияют два фактора: правильно ли молекулы повернуты друг относительно друга во время удара и хватает ли им энергии.

Первый выражается в предэкспоненциальном множителе “А”.
Второй в экспоненте в степени минус энергия активации, деленная на произведение универсальной газовой постоянной и температуры.

Допустим, энергия активации равна четыреста килоджоулей на моль [кДж/моль].

В таком случае понижение температуры от ста градусов до девяноста трех приведет к замедлению в двенадцать раз.

И, если моряк варит яйцо вкрутую примерно пять минут, то хозяйка в Мехико должна варить его целый час!

Но еще хуже приходится альпинистам, у них вода на вершине горы закипает при восьмидесяти восьми градусах, это триста шестьдесят один по Кельвину.

А это в соответствии с уравнением Аррениуса, должно привести к замедлению реакции денатурации белка в семьдесят четыре раза!!! Тогда яйцо будет вариться уже шесть часов!

Но вы здесь затем, чтобы узнать как быстро варится яйцо в Аду.
И по нашим расчетам это займет пятьсот сорок фемтосекунд. Это пятьсот сорок миллионных миллиардной доли секунды, невообразимо малый отрезок времени, мгновение!

НО! Экспериментально, эти расчеты не подтверждаются. Как утверждают альпинисты, яйца действительно варятся дольше обычного, но не настолько. В чем ошибка?

Все дело в физике процесса, если бы яйцо мгновенно достигало температуру кипящей воды, то расчеты были бы верны. Но на самом деле, из пяти минут варки на денатурацию уходит примерно тридцать секунд.

Остальные четыре с половиной минуты уходит на прогрев яйца до температуры кипения воды.

Поскольку время прогрева яйца до температуры кипящей воды не зависит от этой температуры, замедление надо отсчитывать от тридцати секунд. А потом прибавлять полученный результат к четырем с половиной минутам.

Тогда получается, что в Мехико яйцо варится десять минут. В горах сорок. А в Аду четыре с половиной минуты и пятьдесят четыре фемтосекунды.

Не так впечатляет, как начальные расчеты, но должно быть понятно как температура влияет на скорость реакции.

А еще, что в Аду не сваришь яйцо всмятку.

Подписывайтесь на канал, ставьте лайки, а еще напишите температуру кипения воды нашего Ада, если сможете рассчитать. Пока!