ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Скорости гомогенных необратимых реакций из "Химия" Изучение скоростей необратимых реакций, идущих в однородной среде, — наиболее простая задача, так как молекулы всех реагирующих веществ находятся в одинаковых условиях, а процесс развивается только в одном направлении. [c.120] Химическое взаимодействие между двумя частицами (молекулы, атомы) возникает при взаимном возбуждении электронов, необходим мом для разрушения старых и образования новых связей, а это возможно лишь при непосредственном контакте. Если бы при каждом столкновении, например, газовых молекул происходила химическая реакция, то из этого следовала бы колоссальная скорость этих реакций, так как число столкновений молекул газа даже при нормальных температурах огромно (10в 1 см за 1 с). Однако не при каждом столкновении может происходить реакция, а только при таком, при котором энергия сталкивающихся частиц достаточна для возбуждения их связей.. Энергия, необходимая для приведения одного моля реагирующих молекул в реакционноспособное состояние, носит название энергии активации. [c.120] Полученный вывод подтверждает то, что чем выше энергия активации, тем меньше вероятность такого столкновения. [c.121] Понятие энергии активации, введенное еще Аррениусом и Ваит-Гоффом, позволяет нам свести все многообразие молекул различных веществ к некоторой обобщенной энергетической характеристике. Как мы увидим в дальнейшем, предэкспоненциальный множитель гно также зависит от строения реагирующих молекул. [c.121] Рассмотрим влияние на скорость необратимых гомогенных химических реакций внешних условий, таких, как концентрации реагирующих веществ, температура и каталитическое воздействие на процесс реакции. [c.121] Закон действующих масс. В 1864 г. Гульберг и Вааге установили зависимость между скоростью химической реакции и концентрациями реагирующих веществ ( действующую массу эти исследователи считали пропорциональной концентрации). [c.121] Закон действующих масс формулируется в настоящее время следующим образом скорость химических реакций при условии постоянной температуры прямо пропорциональна концентрациям реагирую-щих веществ. [c.122] Уравнение (5.6) представляет собой дифференциальное уравнение скорости химической реакции, записанное в условной форме. По определению (5.2) скорость химической реакции является первой производной от концентрации по времени, а ее связь с концентрациями реагирующих веществ будет зависеть от типа или порядка реакции. [c.122] Тнп реакции определяется формой кинетического уравнения и, в частности, показателем степени у члена, выражающего концентрацию. Казалось бы, можно классифицировать реакции по числу молекул, одновременно вступающих во взаимодействие. Однако это число во многих случаях невозможно определить, так как многие реакции распадаются на отдельные элементарные стадии, как это будет показано далее. Таким образом, дифференциальное уравнение скорости химической реакции представляет собой лищь математическую модель сложно идущего процесса. [c.122] Следовательно, время, необходимое для окончания реакции, не может характеризовать интенсивность процесса, так как во всех случаях оно равно бесконечности. Поэтому ввели понятие половинного времени или периода полураспада. [c.123] Таким образом, период полураспада определяется обратной величиной константы скорости, умноженной на постоянный коэффициент 1п 2=0,693. [c.123] Период полураспада, характеризующий интенсивность процесса, особенно удобен в ра ,иохимии и радиофизике, так как скорость радиоактивного распада в точности подчиняется уравнению (5.7). [c.123] Если в уравнении (5.13) положить =0, то х=0 — реакция не начиналась, а если то х а, т. е. к полному завершению реакции. На рис. 74 приведены кривые, выражающие зависимость х=/(/) для различных значений констант скорости 1. Там же показаны соответствующие периоды полураспада (д =0,5а) и пунктиром нанесены кривые зависимости скорости реакции от времени. [c.123] Реакции второго порядка могут быть инициированы только в результате избирательных столкновений, а именно АЧ-А— реакции нет А -[-В — реакция возможна В+В — реакции нет. Таким образом, из трех типов столкновений молекул лишь один приводит к возможности химического взаимодействия. [c.124] Следовательно, период полураспада также зависит от начальной и он-центрации. [c.125] Реакции более высоких порядков мы рассматривать не будем, так как их развитие еще менее вероятно, поскольку требует избирательных тройных и более сложных столкновений. [c.125] Предполагать, что реакция идет по десятому порядку нельзя, так как вероятность таких столкновений равна нулю или во всяком случае близка к нулю. Экспериментальное изучение кинетики этого процесса показывает, что он идет по уравнениям, близким к уравнениям реакций первого порядка. Так получается потому, что обычные уравнения реакций описывают суммарный процесс, разбивающийся на самом деле по отдельным стадиям, представляющим собой элементарные акты химических взаимодействий. [c.125] Таким образом, сложные реакции разбиваются на ряд отдельных элементарных стадий, и наиболее медленно развивающаяся стадия определяет общую скорость процесса. [c.126] Изучение методами современного физического эксперимента элементарных стадий химических реакций показало, что развитие отдельных стадий не всегда проходит одинаково. [c.126] Стадия 1 наиболее медленная и совершается по первому порядку. Без этой стадии дальнейшее развитие реакции невозможно. [c.126] Вернуться к основной статье