Для эффективного соударения молекул (частиц), приводящего к химической реакции, требуется определенная энергия.
Эта энергия требуется для достижения системой переходного состояния и образования активированного (переходного) комплекса, который превращается в продукты реакции уже самопроизвольно (примечаниеТермины "переходное состояние" и "переходный комплекс" часто используют как взаимозаменяемые, хотя переходное состояние – это уровень энергии на пути реакции, а переходный комплекс - группировка атомов, находящаяся в переходном состоянии.).

Изменение энергии реагирующей системы можно показать на примере элементарной реакции А + В АВ:

Энергия активации Е_а равна разности энергий переходного (Е_ПС) и исходного (Е_исх) состояний: Е_а = Е_ПС – Е_исх. Величина Е_а служит важной характеристикой любой реакции. Она зависит от природы реагирующих веществ и наличия катализатора, влияющего на энергию переходного состояния, но не зависит от температуры.

Энергия активации определяет скорость реакции: чем меньше значение Е_а, тем выше скорость реакции. Эта зависимость выражается уравнением Аррениуса, которое связывает константу скорости реакции Константа скорости реакции (k) – коэффициент пропорциональности, численно равный скорости реакции, когда произведение молярных концентраций реагентов равно 1. Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации. с энергией активации и температурой. Уравнение Аррениуса более точно, чем правило Вант-ГоффаПравило Вант-Гоффа: "При повышении температуры на 10°С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза".
Это правило является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакций, протекающих при температурах, близких к комнатной (энергия активации таких реакций 50-150 кДж/моль). отражает зависимость скорости (константы скорости) реакции от температуры.

В сложной реакции отдельные стадии отличаются скоростью и, соответственно, величиной E_а. Энергия, необходимая для прохождения всего процесса, определяется самой медленной – лимитирующей – стадией.

Лимитирующая стадия – элементарная стадия сложной реакции, которая имеет наиболее высокую энергию активации и протекает намного медленнее остальных, ограничивая общую скорость процесса.

Для примера рассмотрим изменение энергии в ходе двухстадийной реакции: В данном случае стадия 1 является лимитирующей, так как имеет более высокую энергию переходного состояния ПС₁. Следовательно, для осуществления двухстадийной реакции в целом требуется энергия Е_а, активирующая стадию 1.

Константа скорости реакции (k) – коэффициент пропорциональности, численно равный скорости реакции, когда произведение молярных концентраций реагентов равно 1. Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.