§ 21. Факторы, влияющие на скорость химических реакций
Температура
Скорость большинства химических реакций сильно зависит от температуры. Эту зависимость в 1884 году установил голландский химик Я. Х. Вант-Гофф — первый лауреат Нобелевской премии по химии. Он сформулировал правило, названное впоследствии его именем.
При повышении температуры на каждые 10 °С скорость большинства химических реакций увеличивается в 2–4 раза.
Математическое выражение зависимости скорости реакции от температуры имеет вид: υ2 = υ1 ∙ γΔt/10, где:
- υ2 — скорость реакции при более высокой температуре t2;
- υ1 — скорость реакции при более низкой температуре t1;
- Δt — разность температур t2 и t1;
- γ — коэффициент Вант-Гоффа, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на каждые 10 °С.
Так, если γ = 3, а при 20 °С реакция длится около 10 часов, то при 100 °С она пройдёт примерно за 6 секунд. Для большинства практически значимых реакций γ имеет значения от 2 до 4.
Изучая, как изменяются свойства полимеров, лекарств, масел, смазок и многих других материалов в процессе хранения, их выдерживают некоторое время при повышенных температурах. Это значительно ускоряет химические реакции распада, гидролиза, окисления веществ и другие естественные процессы, протекание которых в итоге приводит к непригодности материалов и изделий из них. Такой способ тестирования называют ускоренным старением и используют для предварительной оценки полезного срока службы изделий или срока их годности (хранения).
Выдерживание бумаги при 100 °С в течение 24 часов соответствует сроку её хранения в течение 6–8 лет при комнатной температуре. Этот приём необходим для определения продолжительности использования книг и документов.
Уменьшение температуры хранения пищевых продуктов замедляет химические процессы их порчи: окисления, разложения и др. Так, срок годности сливочного масла при температурах хранения +3, –6 и –16 °С составляет соответственно 35, 60 и 120 суток.