Пути и энергетика химической реакции

ПУТИ И ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ [c.157]

Интенсивное развитие исследований по энергетике химических реакций как в СССР, так и за рубежом позволит восполнить имеющиеся пробелы в этой области и наметить новые пути для дальнейшего развития термодинамических исследований реакций в силикатных системах. [c.233]

Не менее важной задачей преамбулы является дополнение приведенных в книге схем описанием общей картины биохимических исследований и наиболее бурно развивающихся точек роста современной биохимии, которые нельзя изобразить в виде конкретных химических реакций. В частности, авторы подчеркивают, что приведенные в книге схемы иллюстрируют лишь течение реакций пластического обмена и никак не отражают энергетики рассматриваемых реакций. В связи с этим они в весьма сжатой форме излагают современные проблемы биоэнергетики и характеризуют основные пути, по которым осуществляется в настоящее время их решение. [c.5]

Теория возмущений является, очевидно, весьма логичным подходом к химическим реакциям [28]. Причина этого в том, что полные электронные энергии молекул представляют собой обычно величины порядка тысяч килокалорий, в то время как теплоты реакций и энергии активации — порядка килокалорий. Эффекты химического взаимодействия — малые возмущения. В гл. 1 теория возмущений применялась очень специфическим образом, при котором в качестве основных рассматривались только аспекты симметрии, в то время как энергии орбиталей играли меньшую роль. Было много и других применений теории возмущений к химическим реакциям, в которых основное внимание уделялось энергетике. Их целью был расчет энергии взаимодействия двух или более реагентов. Симметрия определенной роли в этих расчетах не играла. Поскольку энергия взаимодействия очень сильно зависит от перекрывания орбиталей, симметрия входила косвенным путем. [c.127]

Предполагается, что читатель знаком с начальными элементами масс-спектрометрии, которые можно почерпнуть из вводных руководств, перечисленных в списке общей литературы. Детальную информацию читатель может получить в более углубленных источниках и обширной литературе последних сорока лет (см. также разд. УП1,Ж). Несмотря на огромное количество данных, за исключением двух работ [1, 2], которые стоит отметить особо, в литературе очень редко встречается необходимый критический подход при анализе данных масс-спектрометрии, поэтому детальное критическое обсуждение всей этой области вполне своевременно. Сопоставлению процессов фрагментации в масс-спектрометрии с другими химическими реакциями будет предпослано краткое предварительное обсуждение процессов ионизации и энергетики масс-спектрометрических реакций. Будут обсуждаться главным образом масс-спектры положительных ионов, образующихся путем электронного удара, поскольку скелетные перегруппировки чаще встречаются именно в этом случае. Значение фотоионизации и ионизации в поле, а также масс-спектры отрицательных ионов обсуждаются по ходу изложения материала там, где это представляется удобным. Энергия выражается в электрон-вольтах и килокалориях (1 Дж 0,239 кал = 6,243 Ю эВ). [c.10]

Хотя термодинамика, или энергетика, как ее иногда называют, является мощным орудием исследования, она не всемогуща. С ее помощью можно предсказать максимальную работу, которую можно получить в определенном процессе, определить состояние равновесия, максимально возможные выходы, оптимальную температуру и давление для данной реакции, выбрать наиболее подходящий растворитель и т. д. Термодинамика может ответить на вопрос о том, будет ли данная химическая реакция протекать преимущественно в желаемом направлении, но она ничего не может сказать о том, какое время требуется для этого или каков путь (механизм), по которому пойдет такая реакция. Известно, что целлюлоза деревянного стола при температуре возгорания будет самопроизвольно реагировать с кислородом воздуха, давая двуокись углерода, воду и тепло, причем это направление реакции является предпочтительным. Мы можем даже вычислить, сколько выделится при этом тепла. Однако термодинамика ничего не может сказать нам о величине и свойствах энергетического теплового барьера, который должен быть преодолен, прежде чем реакция начнет протекать самопроизвольно. Скорости и механизмы реакций рассматриваются в разделе физической химии, называемом кинетикой, которая будет обсуждаться в гл. 6. Термодинамика изучает в основном конечные, т. е. равновесные, состояния, тогда как кинетика — промежуточные. [c.59]

Прежде чем предлагаемый механизм может быть принят как удовлетворительное описание реакции, он должен объяснить, каким образом возникают все идентифицируемые продукты. Часто это можно сделать просто из рассмотрения общих особенностей разрыва и образования связей однако был обнаружен ряд реакций, протекающих по механизму, который нельзя было предсказать. Механизм должен также объяснять все экспериментально наблюдаемые характеристики реакций, включая ее кинетические и стерео-химические особенности. Он не должен включать стадий, кажущихся невероятными на основании энергетических соображений. Наконец, если возможно, он должен включать описание относительно устойчивых промежуточных продуктов (интермедиатов), в которые превращаются реагенты на пути к продуктам реакции. Обсуждение всех этих требований удобнее всего провести, рассматривая следующие общие аспекты реакций энергетика реакций, общие особенности разрыва и образования связей и различные типы реакций, которые могут осуществляться и изучение которых позволяет проникнуть в вопрос образования и разрыва связей. [c.164]

Нами использован для термодинамических расчетов универсальный метод определения состава равновесной смеси сложной реакции - метод минимума энергии Гиббса. При моделировании равновесного состава использован известный в термодинамике постулат о том, что состояние термодинамического равновесия не зависит от пути химических превращений и определяется только энергетикой исходных веществ и конечных продуктов реакций. Отсюда очевидно, что результаты расчета химического равновесия также не должны зависеть от реакционного маршрута. [c.156]

На рис. 38 представлена энергетика реакции без катализатора (кривая 1) и на катализаторе (кривая 2). Любое химическое превращение связано с преодолением потенциальных энергетических барьеров. Каждой определенной конфигурации атомов реагирующих молекул соответствует некоторое значение потенциальной энергии системы. Устойчивым соединениям отвечают минимумы энергии. Наиболее легкий путь перехода от одного устойчивого [c.62]

Динамический характер обратимых реакций становится более очевидным при рассмотрении констант скорости для прямого и обратного процессов. Примечательно, что законы химического равновесия были установлены сначала в результате осмысливания причин, влияющих на скорость реакций, а не путем непосредственного изучения равновесий. Впоследствии оказалось возможным установить количественную зависимость между свойствами равновесий и энергетикой реакций. Эти вопросы рассматриваются в рамках химической термодинамики, которой посвящена гл.17. [c.238]

Как бы то ни было, такие факторы, как ионный радиус, подвижность, электрический заряд, растворимость твердого реагента в твердом продукте реакции, градиенты химического и электрического потенциалов, природа химической связи, соответствие структур, тип дефектности кристаллов, энергетика поверхности, поверхностное натяжение, различие в молярных объемах, механические напряжения и т. д., могут каждый в отдельности или группами оказывать ориентирующее влияние на реакцию и направлять ее по тому или иному пути, требующему, как правило, преодоления наименьших барьеров как для образования, так и для роста зародышей. [c.386]

Химическая термодинамика рассматривает энергетику химических реакций, химическое сродство, фазовые и химические равновесия, зависимости термодинамических свойств веществ от их состава и агрегатного состояния. Основной особенностью термодинамического подхода является то, что он учитывает лищь начальное и конечное состояние веществ и совсем не учитывает возможные пути перехода, а также скорости протекания процессов. В термодинамике щироко используется понятие термодинамическая система. Она представляет изолированную часть пространства, содержащую тело или совокупность тел с больщим числом частиц, для которой возможен массо- и теплообмен. Химическая система, в которой могут протекать химические реакции,— частный случай термодинамической системы. Система называется изолированной, если для нее отсутствует массо- и теплообмен с окружающей средой. Однофазная система называется гомогенной, многофазная система — гетерогенной. Реакции, протекающие во всем объеме гомогенной системы, называются гомогенными реакциями, протекающими на границе раздела фаз,— гетерогенными. [c.148]

На рис. 6.1 изображен энергетический профиль элементарной бимолекулярной химической реакции, протекающей в одну стадию без каких-либо промежуточных соединений (интермедиатов). Сложные химические реакции могут быть расчленены на несколько элементарных реакций, для каждой из которых энергетика активации химических реагентов изображается аналогично рис. 6.1. Предполагается, что в большинстве химических реакций с одной или несколькими элементарными стадиями химические реагенты А и В для превращения в конечные соединения (продукты реакции) С и В должны преодолевать больший или меньший энергетический барьер ДО. Высота этого барьера определяется характером превращений, которые происходят с частицами А и В, простотой или сложностью этих частиц, состоянием и соответствием друг другу реакционных центров, характером среды, в которой происходит реакция (газовая фаза, раствор, связь с поверхностью твердой фазы, на 1ичие возбуждающего силового поля, в том числе температуры). Обычно энергетический профиль пути реакции (координата реакции) строится для стандартной температуры (298 К), минимально сложного состава окружающей среды (раствора) и в отсутствии посторонних электрических, магнитных и электромагнитных полей реакция проводится в темновых условиях, а не на свету. [c.194]

Клетки извлекают энергию из окружающей среды и превращают питательные вещества в клеточные компоненты при помощи высокоинтегрированной системы химических реакций, называемой обменом веществ, или метаболизмом. Наиболее ценная для понимания энергетики метаболизма термодинамическая концепция - это концепция свободной энергии, являющейся критерием способности системы выполнять полезную работу при постоянном давлении и постоянной температуре. Реакция может протекать спонтанно только при отрицательном значении изменения свободной энергии (АС). АС не зависит от пути, по которому идет реакция, и зависит только от природы реагирующих веществ и их активности (которую можно иногда примерно определять по их концентрации). Изменение свободной энергии реакции в условиях, когда активность реагирующих веществ и образующихся про- [c.20]

Заметим, что энергетика процесса химического осаждения, на пример, проходящего путем обычной поликонденсации, также складывается очень благоприятно. И здесь межатомные связи раз рываются за счет энергии экзотермических реакций, которые протекают при обычном давлении и невысоких температурах Но химическое осаждение приводит к получению, как мы видели выше, вещества неопределенного состава и строения. [c.213]

Такие требования к развитию ядерной энергетики поставили задачу поиска новых рабочих тел и теплоносителей и более эффективных схем преобразования тепла в АЭС с ядерньши реакторами на быстрых нейтронах., Одним из путей решения этой проблемы может быть применение в качестве теплоносителей ядерных реакторов и рабочих тел газовых турбин химически реагирующих систем, в которых протекают обратимые реакции с изменением числа молей [29, 407, 416, 417]. [c.3]

Жизнеобеспечение человечества включает проблемы чистого воздуха и увеличения энерговооруженности на душу населения. Обе эти проблемы будут комплексно решены путем осуществления водородной энергетики методами химии и химической технологии (см. ч. 2, гл. II). Ныне отходящие газы топливных энергетических установок и транспортных двигателей загрязняют атмосферу оксидами серы, азота и продуктами неполного сгорания углеводородов, а также пылью. При переходе на водород или метанол в качестве топлива решаются одновременно задачи использования отбросной теплоты атомных реакций и теплоты земных недр вместо истощающихся ресурсов природного газа и нефти и, с другой стороны, получаются чистые отходящие газы. Водородная энергетика — дело будущего. Пока что отходящие газы предприятий следует очищать от вредных примесей, и это решается применением химических методов, катализа, абсорбции и адсорбции газообразных примесей (см. ч.2, гл. VIII). [c.13]

В заключение необходимо подчеркнуть, что термодинамический метод является чрезвычайно важным и полезным. Вто, но существу, единственный метод, позволяющий рассчитывать энергетику процессов, состав равновесных систем, выход нродуктои реакций. Не следует только забывать о формализме этого метода, его безразличии к механизму процесса и к модели состояния системы. Именно формализм дает возможность пользоваться таким понятием, как коэффициент активности, который по сути своей есть коэффициент нашего незнания. В то же время широкое термодинамическое изучение систем с привлечением нетермодинамических данных остается одним из важнейших путей химического исследования. [c.107]