ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ”

Температура влияет на скорость химических реакций. Как правило, при повышении температуры скорость химических реакций увеличивается.

Зависимость скорости реакции от температуры приближенно описывается эмпирическим правилом Вант-Гоффа. Оно читается так:

при повышении температуры на 10° скорость реакций увеличивается примерно в 2-4 раза.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - температурный коэффициент скорости реакции, принимающий значения от 2 до 4.

Если же температура возрастает от t1 до Т2, то для небольших интервалов температур правило Вант-Гоффа выполняется в виде:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , откуда ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru .

Правило Вант-Гоффа используется в методе “ускоренного старения лекарственной формы”.

Метод позволяет определять:

1. Срок годности (время хранения) лекарственной формы.

2. Условия хранения (температуру, при которой обеспечивается заданный срок годности).

Под сроком годности подразумевают время, в течение которого препарат сохраняет 90% своей фармакологической активности, т.е. время, в течение которого превращению подвергается 10% действующего начала (лекарственного вещества в лекарственной форме). Для некоторых препаратов эта цифра составляет 5%.

Для определения срока годности лекарственного препарата образец препарата выдерживают при повышенной температуре Т2 по сравнению с температурой хранения t1. Повышение температуры ускоряет течение процессов, приводящих к потере активности препарата при температуре хранения.

Температура опыта выбирается такой, чтобы она не вызывала дополнительных побочных превращений и была на 10nвыше температуры хранения (n - целое число).

Итак: t1 -температура хранения лекарственного препарата;

Т2 - температура опыта.

Т2 = t1+10n

Определяют время t2, в течение которого превращению подвергается 10% действующего начала, что соответствует массе m.. На основании полученной величины рассчитывают скорость превращения лекарственного вещества при температуре Т2:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru (1)

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - константа скорости реакции превращения лекарственного вещества при Т2,

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - его начальная концентрация.

По этой же закономерности можно было бы рассчитать скорость превращения лекарственного вещества при температуре Т1

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru (2)

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - константа скорости реакции превращения лекарственного вещества при t1,

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - время хранения (срок годности).

разделив (1) на (2), получаем: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , откуда ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru .

Далее для расчета применяется правило Вант-Гоффа: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , но Т2 – t1 = t1+ 10n – t1 = 10n, следовательно, ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , откуда ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

Было принято допущение, что γ = 2. Для более точного определения срока годности данным методом необходимо экспериментально определить γ для данного превращения.

Более точную математическую зависимость скорости реакции от температуры устанавливает уравнение Аррениуса. Эмпирическоеуравнение Аррениуса имеет вид:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - константа скорости, Т - температура, А и В - эмпирические константы.

Уравнение показывает линейную зависимость ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru от ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru .. Аррениусом было установлено, что график этой зависимости имеет следующий вид:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

Рис.1.

Для нахождения физического смысла константы А уравнения Аррениуса используют уравнение изобары химической реакции, устанавливающее зависимость константы равновесия обратимой химической реакции от температуры:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - константа равновесия обратимой химической реакции,

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - тепловой эффект реакции.

Если принять, что ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , где ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - константа скорости прямой реакции, ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - константа скорости обратной реакции, а величину ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru рассматривать как разность двух энергетических величин ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru и ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru ,т. е. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru ,то сделав элементарные математические преобразования и приняв некоторые допущения, можно получить:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - уравнение Аррениуса в дифференциальнойформе.

Дальнейшее математическое преобразование дает уравнение вида:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - аналитическоеуравнение Аррениуса. (см. вывод -учебник В. А.Киреева, §198).

Сопоставляя аналитическое и эмпирическое уравнения Аррениуса, получаем, что эмпирическая

константа ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru . Величина Еа - энергия активации.

Если в аналитическом уравнении Аррениуса константу В заменить на ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , уравнение будет иметь вид: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru и его можно записать так:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru уравнение Аррениуса в экспоненциальнойформе (е - основание натурального логарифма).

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru - предэкспоненциальный множитель - величина, пропорциональная общему количеству столкновений всех молекул в единице объема за единицу времени.

Аналитическое уравнение Аррениуса в виде ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru обосновывает обратный характер линейной зависимости ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru от ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru (См. рис.1).

Физический смысл энергии активации.

Условием протекания реакции является столкновение молекул, однако еще Аррениус указал, что не каждое столкновение приводит к химическому превращению. Столкновения между части­цами, приводящие к химическому превращению, называют эффективными.Они возможны меж­ду активными молекулами. Активныминазываются молекулы, обладающие в момент столкнове­ния необходимым избытком энергии по сравнению со средней величиной и способные вступать в химическое взаимодействие. Среди молекул при заданных условиях всегда имеются молекулы, обладающие избытком энергии, достаточным для химического взаимодействия - активные моле­кулы.

Число активных молекул N связано с общим числом молекул в системе No соотношением:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

В это уравнение также входит величина Еа.Дадим такое определение энергии активации:

Энергия активации - это то избыточное количество энергии (по сравнению со средней величиной), которой должны обладать молекулы в момент столкновения, чтобы быть способными к данному химическому взаимодействию.

Проиллюстрировать понятие энергии активации можно с помощью рисунка 17.8 учебника К.И.Евстратовой...(стр.284-285). Необходимо обратить внимание, на то, что разность средних энергий уровней II и I равна тепловому эффекту реакции.

Из анализа рисунка вытекает определение понятию энергетический барьер- минимальный запас

энергии молекул, при котором происходит химическое взаимодействие.

Энергия активации реакции Еа зависит от природы реагирующих веществ и катализатора и не зависит от температуры. Для реакций, протекающих в растворах, энергия активации зависит от природы растворителя.

Скорость реакции зависит от Еа.Чем выше энергия активации, тем при данных условиях меньше активных молекул и ниже скорость реакции.

С повышением температуры быстрее увеличивается скорость той реакции, энергия актива-ции которой выше (обоснование вытекает из анализа уравнения Аррениуса в дифференциальной форме).

В ряде случаев расчет константы скорости по уравнению ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru дает завышенный результат. Чтобы расчетные данные в таких реакциях совпадали с опытными
значениями, в уравнение для расчета константы скорости вводят дополнительный множитель Р,
называемый стерическим фактором.Стерический фактор учитывает пространственную ориентацию молекул в момент столкновения. Уравнение для расчета константы скорости приобретает

вид: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru -

При неблагоприятной ориентации Р < 1, при благоприятной - Р = 1.

Способы определения энергии активации.

1. Графический: ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

2. Расчетный, основанный на измерении константы скорости реакции при двух температурах t1 и Т2.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru (1)

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru (2)

Вычитая из первого уравнения второе, получаем:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru , откуда

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

Определив константу скорости реакции ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru при одной температуре (T1) и зная энергию активации реакции, можно рассчитать константу скорости реакции ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru при другой температуре (Т2) по уравнению:

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ. МЕТОД “УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ” - student2.ru

Наши рекомендации