Последовательные и параллельные стадии в сложных химических реакциях

Если исследуемая реакция является сложной и протекает как ряд параллельных и последовательных превращений, представляющих собой отдельные стадии всего химического процесса, и, если все параметры, включая порядки реакций, неизвестны, то расшифровка кинетической схемы процессов и определение значений кинетических параметров является сложной задачей. Этой проблеме в настоящее время посвящено много работ [2, 7, 8]. Здесь рассмотрим некоторые наиболее, на наш взгляд, существенные и близкие к предмету книги методы решения указанного типа задач. Последним можна дать наименование обратные задачи химической кинетики , поскольку в них по известному решению, найденному экспериментально, должны быть определены структура и параметры уравнений кинетической модели. [c.427]

Итак, сложный химический процесс, состоящий из ряда параллельных и последовательных простых реакций, можно описать системой дифференциальных уравнений, включающих скорости отдельных стадий. Решение системы дифференциальных уравнений — уже проблема математическая. Однако проинтегрирована ли система уравнений и получено ли окончательное решение в элементарных функциях, моделируется или рассчитывается процесс на ЭВМ, необходимо знать значения констант скоростей простых реакций. В формальной кинетике не раскрывается природа констант скоростей реакций. Константы входят как постоянные множители, значения которых определяются из опытных данных. Важнейшей задачей кинетики является раскрытие закономерностей, определяющих зависимость к от строения реагирующих молекул и условий опыта — температуры, среды, катализатора и других факторов. Задача эта решается двумя путями с одной стороны, идет накопление опытного материала о зависимости констант скоростей элементарных реакций к от различных факторов, с другой — делаются попытки создания теории элементарного химического акта и элементарных реакций, которая позволит предсказать значения к простых реакций в зависимости от строения реагирующих молекул и условий опыта. [c.556]

На первый взгляд, проблема элементарного химического акта в мономолекулярной реакции может показаться более простой, чем в бимолекулярной реакции. В действительности это далеко не так. Трудность проблемы заключается в том, что большинство мономолекулярных реакций являются сложными реакциями, протекающими через ряд параллельных и последовательных стадий. В настоящее время общепринятой схемой описания мономолекулярной реакции является схема, предложенная Линдеманом (1922). Рассмотрим особенности мономолекулярной химической реакции типа Ai -> Аа, протекающей в газовой фазе при постоянном объеме. Не вдаваясь в подробности молекулярного механизма процессов активации, дезактивации и химического акта, выразим скорости отдельных стадий и всего процесса с помощью метода формальной кинетики. Скорость п процесса активации молекул Ai можно выразить как сумму скоростей бимолекулярных реакций [c.588]

Сложные реакции по способу, которым простые реакции сочленяются в сложный химический процесс, можно разделить на обратимые (равновесные), параллельные (включая конкурирующие), последовательные, последовательно-параллельные, последовательные с обратимыми стадиями, сопряженные и самосопряженные реакции (см. часть I, гл. IV). По линии катализатора сложные реакции можно разделить на некаталитические, каталитические (катализатор участвует в процессе с самого начала его проведения) и автокаталитические (катализатор образуется в качестве конечного или промежуточного продукта). Особое место среди сложных реакций занимают цепные реакции, проходящие с участием активных промежуточных частиц (атомов, свободных радикалов, возбужденных молекул, нестабильных ионов) в циклически повторяющихся стадиях, например цепная реакция С12 с [c.19]

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СТАДИИ В СЛОЖНЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ [c.214]

Последовательно-параллельные стадии сложной химической реакции - две или больше стадий сложной химической реакции, которые по отношению к одному из компонентов являются последовательными и параллельными по отношению к другому из участвующих в этих стадиях компонентов. [c.145]

Последовательные и параллельные стадии в сложных химических реакциях [c.219]

Вместе с тем известно, что ускорители и активаторы вулканизации не являются классическими катализаторами процесса взаимодействия серы и каучука [1, с. 214], а активно участвуют в нем и необратимо расходуются. Поэтому правильнее рассматривать серную вулканизацию как сложный процесс, который представляет собой совокупность параллельных и последовательных элементарных химических реакций. Этот процесс, как теперь считает большинство ученых, протекает через промежуточную стадию присоединения фрагментов вулканизующей системы к полимеру. Такой модифицированный продукт по молекулярной структуре аналогичен каучукам с функциональными группами в цепи и, как последние (см. гл. 3), проявляет склонность к химическим превращениям в результате гетерогенных химических реакций. [c.187]

Дело в том, что по самой природе реальных процессов горения, для них гораздо важнее не прямая, а обратная задача — вывести из наблюдаемых феноменологических характеристик горения кинетику и механизм химических реакций, приводящих к воспламенению и распространению пламени. Все процессы горения, имеющие реальное значение в природе и технике, основаны на сложных химических реакциях, состоящих из многих последовательных и параллельных стадий с участием нестойких промежуточных продуктов. Пусть нас не смущает сложность точного математического их описания — кинетические эксперименты, проводимые по необходимости в далеких условиях, все равно не могут выявить полный механизм процесса и дать кинетические закономерности, пригодные для экстраполяции к условиям горения. Как часто [c.316]

До сих пор речь шла о сравнительно простых химических реакциях, в результате которых одни вещества необратимо и полностью обращаются в другие. Однако имеется огромное количество сложных химических реакций. В одном случае полученные продукты могут опять превратиться в исходные вещества такие реакции называются обратимыми. Кроме того, имеются химические реакции, протекающие в несколько последовательных или параллельных стадий. Наконец, есть цепные реакции, когда химический процесс подобен лавине—один элементарный акт вызывает миллионы и миллиарды других. Огромная заслуга в открытии и исследовании кинетики разветвленных цепных реакций принадлежит советскому ученому Н. Н. Семенову, получившему совместно с английским кинетиком Хиншельвудом Нобелевскую премию. [c.37]

Гораздо хун е обстоит дело с задачей определения скоростей образования и расходования промежуточных продуктов сложных химических реакций. Если предположить механизм какой-нибудь сложной реакции, состоящей из ряда последовательных, параллельных и обратимых стадий, то можно составить систему дифференциальных уравнений, описывающих сложный химический процесс. Однако интегрирование этой системы уравнений является задачей, до сих пор не решенной в общем виде. [c.7]

Сложный процесс в биологической системе обычно имеет характер многоступенчатых превращений и может рассматриваться как совокупность отдельных стадий (элементарных звеньев), образующих сетку сопряженных последовательных, параллельных и/или циклических реакций. В основе совокупности процессов в целостной клетке или организме лежат кинетические относительно простые биохимические реакции и физико-химические процессы, для которых справедливы основные законы физической химии. В частности, скорости каждой из реакций существенно зависят от условий ее протекания температуры, pH, свойств катализаторов реакций и т. п. В такой постановке описание кинетического поведения сложной системы сводится к построению и анализу математической модели, в которой скорости количественных изменений различных составных компонентов были бы выражены через скорости отдельных элементарных реакций их взаимодействия. Ясно, что построение адекватной модели возможно лишь с привлечением конкретных данных и представлений о механизмах сложных биологических процессов, что и достигается лишь на определенном уровне исследования. [c.16]

Большинство химических реакций является сложными процессами, протекающими через ряд последовательных и параллельных стадий. Например, при взаимодействии водорода с иодом при температуре 600—1000 К в системе могут протекать следующие реакции реакции термической диссоциации [c.523]

В реакциях с участием сложных органических молекул число возможных промежуточных продуктов становится очень большим. Таковы наиболее важные в техническом отношении реакции горения — процессы окисления высших углеводородов [41]. Направить подобные процессы по определенному химическому пути удается только с помощью катализаторов, обладающих высокой специфичностью. В отсутствие подобных направляющих факторов процесс разветвляется по столь многим каналам, что точное количественное его описание становится неосуществимым. Для такого рода сложных процессов большую пользу могут принести модельные кинетические схемы, приближенно описывающие сложную и запутанную совокупность многообразных элементарных реакций последовательностью нескольких стадий. Каждая из этих стадий заменяет целую группу параллельных и последовательных реакций участвующие в ней вещества не конкретизируются химически, но определяются только символически. Для каждой стадии подбирается простое кинетическое уравнение, приближенно выражающее ее кинетику. С примером подобной модельной схемы мы познакомимся ниже в применении к окислению углеводородов. [c.275]

Синтез метанола—сложный гетерогенно-каталитический процесс, сопровождающийся образованием побочных продуктов по последовательным и параллельным стадиям реакций. Под воздействием примесей в исходном газе (соединений железа, серы, хлора) и состава реакционной среды катализатор со временем меняет химический состав и стимулирует развитие качественно новых процессов. Эти изменения не учитываются ни одним из известных кинетических уравнений и, по-видимому, ими обусловлены различия во взглядах на механизм синтеза метанола и в выборе лимитирующих стадий процесса. [c.71]

СЛОЖНЫЕ РЕАКЦИИ. Химическая реакция, отдельные акты к-рой имеют различную хнмич. природу, называется с л о ж и о й. В противоположность этому реакция, все акты к-рой или идентичны в хпмич. отношении, или отличаются друг от друга только направлением превращения, называется простой. К С. р. относятся важнейшие классы реакций — каталитич. процессы как гомогенные, так и гетерогенные (см. Катализ) и цепные реакции (а также параллельные реакции, последовательные реакции и др.). Простая реакция, входящая в сложную как ее составная часть, наз. стадией последней. Если стадия обратима, в ней совмещаются две элементарные реакции — прямая и обратная. [c.453]

Кинетика химических реакций в большей мере зависит от количества одновременно участвующих в них молекул. В соответствии с этим различают moho-, би- и, редко, тримолекулярные реакции (рис. 64), большего количества молекул, взаимодействующих в процессе реакции, практически не наблюдается. Многие химические процессы, описываемые различными громоздкими стехиометрическими уравнениями, обычно представляют собой совокупность нескольких последовательных, а иногда и параллельных элементарных реакций, каждая из которых принадлежит к одной из упомянутых кинетических групп. Вследствие такой миогостадийности макроскопически наблюдаемых процессов вводится понятие о порядке реакции. Он определяется суммой показателей степеней, в которых концентрации исходных веществ входят в кинетическое уравнение. В простейших случаях порядок реакции определяется наиболее медленной стадией сложного химического процесса. Порядок реакции может быть уменьшен, если одно или два вещества, участвующих в реакции, взяты с большим избытком и концентрация их практически не изменяется. Скорость необратимых реакций первого и второго порядков (dxldt) и соответствующие им константы [c.153]

Электрохимическая реакция является сложным процессом и может состоять из отдельных элементарных последовательных (или параллельных) электрохимических и химических стадий, включающих подход участника реакции из объема раствора к внещней границе двойного электрического слоя, который образуется у поверхности электрода, и далее через размытую его часть к поверхности самого электрода. Эта стадия протекает в основном за счет диффузии под действием градиента концентрации. Затем следует собственно электродная реакция, заключающаяся в освобождении или присоединении электронов (окисление или восстановление), которая может протекать в одну или несколько стадий. За собственно электрохимическим превращением происходит удаление продуктов реакции. Стадия, которая определяет скорость электрохимического превращения, называется лимитирующей или замедленной. Выявление и установление природы и закономерностей замедленной стадии является одной из важнейших задач, рещение которой позволяет найти пути интенсификации различных процессов. [c.107]

В зависимости от механизма реакции можно подразделить на простые и сложные. К простым реакциям относятся реакции, протекающие в одном направлении и включающие одну химическую стадию. Сложные реакции состоят из двух или большего числа простых реакций, в той или иной форме связанных между собой. Сложные реакции по форме связи простых реакций в них могут быть подразделены на обратимые, параллельные, последовательные и сопряженные реакции. [c.292]

Сгорание бензо-воздушных смесей в двигателях представляет собой крайне сложный химический процесс, развивающийся в условиях быстро изменяющихся температур, давлений и концентраций реагирующих веществ. Реакции горения обычно протекают в виде нескольких последовательных стадий и ряда конкурирующих между собой параллельных процессов. Изучение химических пре- [c.53]

Если химическая стадия электродной реакции протекает на поверхности электрода с участием адсорбированных на элект- роде частиц, то имеет место поверхностная химическая реакция если она протекает в приэлектродном слое раствора, то имеет место объемная химическая реакция. Примером предшествующей поверхностной химической реакции является специфическая адсорбция на электроде ионов или молекул, которые затем в адсорбированном состоянии участвуют в электрохимической стадии. Пример последующей поверхностной химической реакции — рекомбинация адсорбированных на электроде атомов водорода в молекулу водорода при катодном выделении водорода. В более сложных случаях могут иметь место параллельно и последовательно протекающие поверхностные и объемные химические стадии. [c.102]

Реакций большей молекулярности практически не встречается. В тех случаях, когда из химического уравнения следует, что в реакции участвует большое число молекул, процесс практически проходит сложными путями — через две и большее число последовательных либо параллельных стадий моно- или бимолекулярных реакций, причем скорость всего процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии. Вследствие многостадийности большинства химических реакций решение вопроса об их молекулярности часто затруднено. Поэтому характеристика кинетики экспериментально изучаемых реакций дается на основе более формального понятия — порядка реакций. [c.101]

В химических реакциях не происходит, как правило, непосредственного превращения реагентов в продукты реакции, реакции протекают в несколько стадий — последовательных или параллельных. Уравнения химических реакций, приводимые в настоящем учебнике, — конечный результат химического превращения реагентов. Действительный путь реакции много сложнее. [c.556]

Теснер [78] нашел, что энергия активации элементарного распада Hj при уведичении температуры надает до нуля. Согласно взглядам, развиваемым Теснером и сотрудниками [59, 79—81], процесс образования сажи включает последовательно-параллельные стадии сложный процесс нуклеации, т. е. зарождения частиц новой фазы и простой топохпмический процесс роста поверхности. Если протекание первой реакцпп, как и всякого фазового перехода, может быть заторможено, то вторая стадия протекает с большой скоростью и с низкой энергией активации, так как сажевые зародыши обладают, по-видимому, заметной каталитической активностью. Следует отметить, что физико-химический процесс элементарного распада ацетилена весьма сложен. Частицы углерода, являясь центрами реакции распада, в результате ее протекания сами растут, т. е. изменяют свои свойства (средний размер, величину и характер поверхности [c.663]

Принцип кинетической независимости простых реакций - отдельные простые реакции, составляющие сложную реакцию, протекают независимо друг от друга, так что кинетические функции (т.е. зависимости скорости простой реакции от концентраций и температуры) не изменяются при протекании в данной системе других реакций. Принцип независимости стадий сложной реакции обоснован тогда, когда отдельные реакции, выраженные в виде стехиометрических уравнений, соответствуют элементарным актам химического превращения, т.е. стехиометрическая схема правильно отражает истинный механизм сложной реакции. Принцип независимости простых реакций применим для большинства типов сложных реакций (параллельных, последовательных, цепных). Для сложных реакций, в которых одни простые реакции существенно влияют на протекание других, например - сопряженных реакций, принцип независимости неприменим. Принцип независимости стадий сложной химической реакции соблюдается лишь в термически-равновесном газе, когда имеет место максвелл-бол ьцмановское распределение по всем степеням свободы реагентов. При резком воздействии на газ - в ударных волнах и гиперзвуковых потоках, электрических разрядах, при горении и взрывах, в газовых лазерах, при лазерном и ином мощном световом воздействии -возможно заметное нарушение термического равновесия. Это приводит к [c.164]

Любой электродный процесс представляет собой сложную гетерогенную реакцию, состоящую из ряда последовательных стадий. По крайней мере на некоторых из них она может протекать по двум или нескольким параллельным путям. Выяснение числа, природы и последовательности стадии, из которых слагается электродный процесс, составляет одну -из главных задач кинетики электродных процессов. Из химической кинетики известно, что скорость консекутивной реакции определяется скоростью наиболее медленной из ее последовательных стадий, а из ряда параллельных путей наиболее вероятен путь с наименьщими торможениями. Эти же представления справедливы в случае электрохимических процессов. Возникновение электродной поляризации связано поэтому непосредственно с той стадией, которая определяет скорость всего процесса, т. е. с наиболее замедленной стадией. Установление природы замедленной стадии является другой главнейшей задачей электрохимиче ской кинетики. Появление нового пути, обеспечивающего "протекание реакции с большей скоростью, способно снижать электродный потенциал, который в отдельных случаях, например при изменений характера электродного процесса, может оказаться даже меньшим,, чем обратимый потенциал. Это уменьшение электродного потенциала и процесс, обусловливающий его, называется деполяризацией. [c.311]

Если хотя бы одна из стадий сложного химического процесса является реакцией второго или более высокого порядка, то система дифференциальных уравнений, описывающая кинетику этого процесса, как правило, может быть проинтегрирована только численно. Исключение составляют лишь некоторые системы параллельных и последовательно-параллельных реакцип, которые ргюс.матрн-ваются в 3 этой главы. [c.244]

Сгорание бензовоздушных смесей в двигателях представляет собой крайне сложный химический процесс, развивающийся в условиях быстро изменяющихся температур, давлений и концентраций реагирующих веществ. Реакции горения обычно протекают в виде нескольких последовательных стадий и ряда конкурирующих между собой параллельных процессов. Изучение химических превращений в процессе сгорания такой сложной смеси углеводородов, какой является бензин, связано с большими трудностями. Многообразие протекающих реакций может быть продемонстрировано на примере простейшего углеводорода — метана. Акад. Н. Н. Семенов считает, что высокотемпературное окисление метана идет по следующей радикальноцепной схеме [2] [c.151]

Рассмотрим химическую сторону вопроса. Сложное превращение веществ — многоступенчатый процесс, протекающий в виде серии последовательных и параллельных реакций, часто требующий применения нескольких катализаторов, так как для каждой стадии нужен свой катализатор. В природных ферментативных процессах для каждой стадии сложного процесса существует весьма активный специфический катализатор, так что весь процесс как бы передается по эстафете от одного катализатора к другому, образуя каталитическук> цепь. Аналогичную ситуацию можно осуществить и в техническом катализе. При этом создается возможность проведения в одном реакторе многостадийных процессов либо с существенным выигрышем в их скорости или селективности, либо даже без этого, но с повышением экономики производства за счет снижения капитальных затрат и эксплуатационных расходов. [c.139]

Конуэй [19а] на примере реакции окисления аммиака, изученной Осуином и Саломоном [19г], также иллюстрирует важное значение стехиометрического числа для схемы последовательных реакций. Эту же реакцию окисления аммиака рассматривает Деспик [19д] с той целью, чтобы показать (развивая далее аргументацию Милнера), насколько сложным может оказаться логическое развитие способов трактовки результатов на основе стехиометрического числа и что выводы относительно вероятных схем последовательных ступенчатых реакций, сделанные при отсутствии других данных только на основе стехиометрических чисел, могут быть ошибочными. Обработка результатов становится особенно сложной в том случае, когда протекающий ток является результатом параллельных стадий переноса заряда, одна из которых (или какая-то другая химическая стадия) является лимитирующей, но все эти стадии необходимы для полного протекания процесса (ср. случай окисления ЫНз или ЫгН4). [c.286]

В этой главе будут изложены некоторые общие особенности кинетики радиационно-химических процессовЭти особенности обусловлены прежде всего тем, что при действии излучений изменяется механизм химических реакций по сравнению с механизмом реакций, возбуждаемых термически. Взаимодействие между молекулами заменяется взаимодействием атомов, радикалов и ионов с молекулами и друг с другом. В силу этого простые реакции превращаются е-сложные, состоящие иногда из нескольких последовательных н параллельных элементарных стадий. Образование конечных и промежуточных веществ может происходить в результате нескольких различных процессов, например реакций радикалов и ионно-молекуляркых реакций. [c.97]

Большинство химических реакций представляет собой сложные процессы, состояпще из ряда последовательных и параллельных стадий. Каждая стадия в свою очередь является более простой хиыи-ческой реак1щей. В ходе реакций обычно образуются различные лро-межуточные продукты, устойчивость которых может сильно различаться. Одни из них можно выделять из реакционной среды и изучать их свойства обычными химическими методами. Другие или сзще-ствуют доли секунды или настолько нестабильны, что само их существование доказывается специальными физическими методами или косвенным путем. [c.13]

В результате термической деструкции отщепляются иные кроме углерода атомы или группы атомов с частичной потерей углерода, и в конечном итоге образуется углеродное волокно. Эти сложные процессы сопровождаются одновременным протеканием большого числа последовательных и параллельных гетеролитических и гомолитических реакций, в результате которых образуются разнообразные продукты распада. Выразить эти реакции в виде конкретных химических уравнений не представляется возможным. Однако можно выделить две наиболее типичные группы реакций. К первой группе относятся деполимеризация, протекающая по гетеролитическому или радикальному механизму, образование межмолекулярных химических связей и переход линейного полимера в пространственный, внутри- и межмолекулярная циклизация, более глубокая деструкция полимеров с образованием газообразных и жидких летучих продуктов и фрагментов деструкции, видимо,, плоскостной формы, являющихся предшественниками формирования углерода. Реакции этой группы протекают при температурах до 300— 350 °С, причем на раниих стадиях преобладают гетеролитические реакции с повышением температуры вое большее аначение приобретают го-молитические реакции. В этом интервале температур наблюдается наибольшая потеря массы полимера. [c.238]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология