Номер 5, страница 115 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

5. Исходя из представлений об энергии активации, объясните, почему для протекания экзотермических реакций в ряде случаев необходимо предварительное нагревание реагентов.

Решение

Экзотермические реакции — это реакции, протекающие с выделением теплоты. Это означает, что конечные продукты реакции обладают меньшей энергией, чем исходные вещества (реагенты), и разница энергий ($\Delta H < 0$) выделяется в окружающую среду. Несмотря на это, для запуска многих таких реакций требуется начальное нагревание.

Причина этого кроется в понятии энергии активации ($E_a$). Для того чтобы началась химическая реакция, молекулы реагентов должны столкнуться с достаточной силой и в правильной ориентации. Прежде чем образуются новые химические связи в продуктах, необходимо ослабить или разорвать уже существующие связи в молекулах реагентов. Этот процесс всегда требует затрат энергии. Энергия активации — это минимальное количество энергии, которое необходимо сообщить молекулам, чтобы они смогли преодолеть этот энергетический барьер и вступить в реакцию, образовав промежуточное высокоэнергетическое состояние, называемое активированным комплексом.

Предварительное нагревание как раз и служит способом сообщения реагентам этой необходимой энергии активации. При повышении температуры увеличивается средняя кинетическая энергия молекул. В результате этого:

Увеличивается частота столкновений частиц.

Что более важно, резко возрастает доля «активных» молекул, то есть тех, чья энергия достаточна для преодоления барьера активации ($E_a$).

Таким образом, даже если реакция в целом энергетически выгодна (экзотермическая), она не начнется самопроизвольно, если у молекул при данной температуре не хватает энергии для преодоления активационного барьера. Нагревание выполняет роль «спускового крючка». Как только реакция инициирована, выделяющееся в ходе экзотермического процесса тепло часто само начинает активировать следующие порции реагентов, делая реакцию самоподдерживающейся (например, горение спички или дров).

Ответ: Предварительное нагревание для экзотермических реакций необходимо для того, чтобы сообщить реагирующим молекулам энергию активации ($E_a$). Эта энергия представляет собой энергетический барьер, который нужно преодолеть для разрыва старых химических связей и образования переходного состояния, прежде чем смогут образоваться продукты с выделением общей энергии. Нагревание увеличивает долю молекул, обладающих достаточной кинетической энергией для преодоления этого барьера, тем самым инициируя реакцию.