Reakce, ke kterým dochází v chemických systémech, obvykle závisí na teplotě. Čím vyšší je teplota,tím rychleji odezní. Někdy je však nutné reakci zpomalit nebo ji úplně zastavit. Jedním ze způsobů, jak snížit rychlost chemické reakce, je změna teploty.
Je známo, že s rostoucí teplotou 10°C se reakční rychlost obvykle zvyšuje 2-3krát. Ale co je třeba udělat, abyste snížili rychlost reakce 9krát? K tomu je nutné výrazně snížit teplotu.
Přesná teplota, při které se rychlost reakce sníží 9krát, závisí na konkrétním chemickém systému. Ale obecně je pro většinu reakcí voda optimálním rozpouštědlem. Proto lze říci, že u většiny reakcí teplota kolem -41°C sníží rychlost reakce 9krát.
Vliv teploty na rychlost reakce
V chemických reakcích hraje teplota důležitou roli, protože významně ovlivňuje rychlost procesu. Obecně platí, že s rostoucí teplotou se rychlost reakce zvyšuje a pokles teploty vede k jejímu zpomalení.
Want-Goffův zákon říká, že při každém zvýšení teploty o 10 stupňů Celsia se rychlost reakce zvýší asi dvakrát. Za určitých okolností je však možné rychlost reakce snížit několikanásobně.
Chcete-li snížit rychlost reakce 9krát, musíte výrazně snížit teplotu. Chemické reakce mohou být poměrně citlivé na změny teploty, takže devítinásobný pokles může vyžadovat značné ochlazení.
Použití chladicích zařízení, včetně použití kapalného dusíku nebo suchého ledu, může pomoci dosáhnout požadované teploty. To je zvláště důležité v experimentech, kde je nízká rychlost reakce žádoucí, například při farmakologických studiích.
Je však třeba si uvědomit, že příliš nízká teplota může v některých případech také vést ke zpomalení nebo úplnému zastavení reakce. Proto je nutné vyvážit teplotu tak, aby se dosáhlo požadované rychlosti reakce bez nežádoucích vedlejších účinků.
Teplota jako reakční faktor
Pro mnoho reakcí platí pravidlo want-Goff, podle kterého se rychlost reakce zdvojnásobí, když teplota stoupne o 10 stupňů Celsia. Chcete-li tedy snížit rychlost reakce na 2 krát, musíte snížit teplotu o 10 stupňů.
Chcete-li pochopit, jaká teplota sníží rychlost reakce 9krát, musíte použít want-Goffův vzorec. K tomu je třeba najít rozdíl v teplotě, při které se reakční rychlost zvyšuje 9krát. Podle vzorce to bude rozdíl 90 stupňů.
Aby se tedy 9krát snížila rychlost reakce, je nutné snížit teplotu o 90 stupňů Celsia. Toho lze dosáhnout ochlazením reakční směsi nebo použitím speciálních chladicích zařízení.
Optimální teplota pro zpomalení reakce
Jednou z metod pro stanovení optimální teploty je měření konstanty rychlosti při různých teplotách a sestavení grafu závislosti reakční rychlosti na teplotě.
K měření konstanty rychlosti se obvykle používají metody spektrofotometrie, povrchové plazmonální rezonanční spektroskopie a další specifické techniky závislé na typu reakce a zkoumaných látkách.
Získaná data se obvykle zpracovávají pomocí arrheniovy rovnice, která spojuje reakční rychlost s teplotou, konstantou reakční rychlosti a aktivační energií:
kde K je konstanta rychlosti reakce, EA je aktivační energie, R je univerzální plynná konstanta, T je teplota, a je preexponenciální multiplikátor.
Z této rovnice lze určit optimální teplotu, při které se rychlost reakce sníží 9krát. K tomu je nutné vyjádřit teplotu prostřednictvím konstanty rychlosti a aktivační energie:
Při znalosti hodnot konstanty rychlosti při různých teplotách lze vypočítat optimální teplotu pro zpomalení reakce 9krát nebo více.