Теория кинетики элементарных реакций

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]

В дальнейшем теория элементарных реакций развивалась на базе законов классической и квантовой механики (Г. Эйринг, М. Эванс, М. Поляни, 1935). Новое направление в развитии теории кинетики назвали теорией абсолютных скоростей химических реакций. Основное положение теории абсолютных скоростей химических реакций заключается в том, что всякий элементарный химический акт протекает через переходное состояние (активированный комплекс), когда в реагирующей системе исчезают отдельные связи в исходных молекулах и возникают новые связи, характерные для продуктов реакции. В теории абсолютных скоростей решаются две задачи расчет поверхности потенциальной энергии элементарного акта и расчет [c.287]

В частности, при исследовании эмульсионной полимеризации делается акцент на один из ключевых вопросов теории - механизм возникновения полимерно-мономерных частиц (ПМЧ). Одновременно с этим большое внимание уделяется изучению кинетики и механизма элементарных реакций, протекающих в ПМЧ, которые определяют молекулярные характеристики, микроструктуру образующихся полимеров и морфологию латексных частиц. [c.114]

Вторая глава посвящена теории кинетики элементарных реакций. В ней анализируется метод активных соударений и теория переходного состояния (активированного комплекса), а также рассматривается правило Поляни — Семенова. [c.3]

Любой сложный химический процесс всегда состоит из элементарных стадий. Для каждой элементарной стадии сложного процесса теория кинетики элементарных реакций остается в силе, хотя для всей реакции в целом теория в значительной мере усложняется. [c.40]

Вне зависимости от места, занимаемого курсом химической кинетики в учебном процессе, задача лектора и соответственно учебного текста — дать основы знаний эмпирической (формальной, феноменологической) кинетики, теории одностадийных (элементарных) реакций и кинетики многостадийных (сложных) процессов. Эти разделы обозначены в книге А, Б и В соответственно. [c.6]

Хотя книга написана на самом современном научном уровне, в ней, к сожалению, по существу не нашли отражения работы по квантовой теории кинетики реакций переноса протона. В связи с этим представлялось целесообразным дополнить ее (с любезного согласия автора) кратким изложением основ современной квантовой теории кинетики элементарного акта реакций переноса протона в растворах, в котором дан иной подход к проблеме. Он отличается, в частности, учетом динамической роли растворителя в кинетике рассматриваемых процессов. [c.6]

Механизм и количественная кинетика элементарных реакций, рассмотренные в этой главе, лежат в основе количественной теории старения и стабилизации полимеров. Приведенные результаты позволяют оценивать, какие из элементарных реакций наиболее опасны, какова их последовательность и каковы их относительные скорости, ка ковы рациональные принципы и способы их предотвращения. Большое внимание, которое уделено полихроматической кинетике, имеет серьезные причины в твердых полимерах она играет главную роль, тогда как применимость обычной, монохроматической кинетики сильно ограничена. Корректные количественные данные по кинетике элементарных реакций в твердых полимерах можно получать лишь методами полихроматической кинетики. [c.114]

Современное состояние теории элементарного химического акта и теории катализа позволяет определить лишь направления, по которым следует вести поиски катализаторов и условий процесса. Как правило, еще требуются большие экспериментальные исследования при создании новых высокоэффективных катализаторов и каталитических процессов. Одной из задач химической кинетики является выяснение возможности представления сложного химического процесса в виде стадий и определение скоростей, констант скоростей и энергий активации отдельных стадий. Эта задача частично решается в разделе химической кинетики, который получил название формальной кинетики химических реакций. [c.532]

Расхождения между следствиями, которые вытекают из радикально-цепных схем крекинга алканов, и опытом (о котором говорилось выше) связаны с неполнотой предложенных схем распада, а отнюдь не с ошибочностью основной предпосылки цепной теории распада через радикалы, как это отмечалось автором [22, 46]. Причинами несовпадения рассчитываемых величин с определяемыми экспериментальным путем являются неверные значения энергий активации, принятые для элементарных реакций в схемах распада, зависимость кинетики распада от глубины крекинга, не учитываемая в схемах, а также возможная обратимость некоторых элементарных радикальных реакци в условиях крекинга. [c.28]

Остановимся теперь более подробно на результатах исследований кинетики тримолекулярных реакций присоединения атома к двухатомной молекуле [211, к которым относится и упомянутая выше реакция водорода с молекулой кислорода. Эта реакция была рассмотрена Льюисом и Эльбе [2121 с позиций элементарной теории столкновений. Рассмотрим вопрос о значении и температурной [c.125]

Для второго издания курс подвергся ряду изменений и дополнений. Более подробно рассмотрены основы метода электронного парамагнитного резонанса (3>ПР), приведены примеры идентификации свободных радикалов по спектрам ЭПР. В гл. И1 переработан 2, посвященный теории абсолютных скоростей реакций существенные изменения, касающиеся влияния диэлектрической постоянной на скорость реакции, внесены в 11, трактующий вопросы роли среды в элементарном акте химического превращения в 12 рассмотрение кинетического изотопного эффекта дополнено методом определения констант скоростей по изменению изотопного состава в ходе процесса. Изложение вопроса о кинетике химических реакций, состоящих из нескольких элементарных стадий (гл. VI), дополнено описанием нового способа определения числа линейно независимых дифференциальных уравнений, описывающих кинетику процесса. [c.5]

Современная теория цепных реакций сохраняет формальный аппарат классической кинетики, но применяет его к описанию указанных промежуточных, элементарных реакций [Л. 31, 33, 34, 26]. Возникновение активированной молекулы может произойти вследствие столкновений между неактивными, медленными молекулами или аналогичного соударения с заряженными энергией молекулами, представляющими собой продукты экзотермической реакции, например, по схеме [c.56]

Основная задача теорий химической кинетики — предложить способ расчета константы скорости элементарной реакции и ее зависимости от температуры, используя различные представления о строений реагентов и пути реакции. Мы рассмотрим две простейшие теории кинетики — теорию активных столкновений (TA ) и теорию активированного комплекса (ТАК). [c.247]

Существующие теории скоростей химических реакций пока не в состоянии предсказать кинетику образования (или распада) экстрагируемых соединений. Таким образом, основным источником информации о кинетике элементарных химических взаимодействий нри экстракции является эксперимент. [c.403]

В учебном пособии излагаются основные разделы обычной (феноменологической) кинетики с применением к реакциям в различных агрегатных состояниях, современные представления теории химической кинетики, основы кинетики элементарных процессов, кинетика каталитических реакций, включая реакции в потоке, кинетика реакций с нетермическим характером активации. [c.224]

Реакции с подобным механизмом называются цепными. Теория цепных реакций, разработанная в основном академиком Н. Н. Семеновым н его сотрудниками, получила мировое признание. Теория цепных реакций не только не отвергает основные законы классической кинетики, но, наоборот, использует их для описания промежуточных элементарных реакций . [c.48]

Т) этой и двух последующих главах рассмотрены равновесие адсорбции и кинетика элементарных гетерогенных каталитических реакций. Факторы, определяющие закономерности адсорбции и гетерогенного катализа, весьма разнообразны и часто с трудом поддаются учету. Среди них решающими являются число мест, которые занимает адсорбированная частица на поверхности конфигурация активированных комплексов неоднородность поверхности катализатора взаимное влияние адсорбированных частиц и коллективное взаимодействие адсорбированных частиц с поверхностью. При анализе равновесия применены методы статистической физики. При обсуждении кинетики использована теория абсолютных скоростей реакций [32], которая несмотря на не вполне последовательный характер исходных положений дает возможность правильно (как качественно, так зачастую и количественно) описать кинетические закономерности для подавляющей части химических превращений. Кроме этих строгих методов, для характеристики эффектов взаимодействия применена также полуэмпирическая модель. Теория абсолютных скоростей есть но существу равновесная теория, поэтому удобно исследовать равновесие и кинетику совместно. Второй довод в пользу такого рассмотрения заключается в том, что тип адсорбции частиц и активированных комплексов определяет и адсорбционные изотермы, и кинетические закономерности. [c.53]

Это означает, что в процессе конверсии исследователь имеет дело с реагентом меняющейся химической активности. Естественно, возникает ряд принципиальных задач в описании кинетики такого процесса, распределения прореагировавших и непрореагировавших групп по цепи на разных стадиях конверсии и композиционной неоднородности. Анализ существующей ситуации в этой области и прогнозы на будущее подробно обсуждаются в последующих главах книги. Здесь же отметим только, что экспериментально наблюдаемое повышение скорости элементарной реакции в 10 и 10 раз при появлении рядом уже прореагировавшей группы не столь уж редко, равно как и случаи замедления процесса в десятки раз. Это еще раз подтверждает специфику химического поведения больших молекул, которую обязательно надо учитывать как при разработке теории макромолекулярных реакций, так и в практической деятельности в области модификации и превращений полимеров. [c.24]

Так, форма уравнения Аррениуса, ставшая одним из наиболее общих законов формальной кинетики, прикрыла от критики его довольно устаревшее теоретическое обоснование и стала тем самым преградой для более глубокого рассмотрения природы температурной зависимости скоростей органических реакций. Основное уравнение теории абсолютных скоростей реакций, в котором отражается влияние температуры на константу скорости, применимо для изучения элементарных стадий превращений. Но слабая изученность механизмов реакций в то время обусловливала употребление этого уравнения для описания брутто-механизмов превращений. Естественно, что при этом дальше нешироких обобщений о характере влияния температуры на протекание реакций исследователи продвинуться не смогли, [c.72]

Самым большим по объему является раздел III сборника, посвященный статистике элементарных участков поверхности, на которой строится современная статистическая теория адсорбции и катализа. Основное внимание здесь уделено теории адсорбции, каталитические же вопросы затронуты лишь частично, так как их подробное освещение намечено провести в особом томе, посвященном кинетике химических реакций. [c.5]

Далее выяснилось, что опытные данные по кинетике адсорбции и гетерогенных каталитических реакций часто следуют закономерностям, необъяснимым с точки зрения указанной теории ю. Плохо согласуются с последней также результаты измерений дифференциальных теплот адсорбции, которые для большинства систем изменяются с изменением величины заполнения поверхности Обычно наибольшие количества тепла выделяются при адсорбции самых первых порций адсорбтива. Энергия активации процесса активированной адсорбции также оказалась зависящей от величины заполнения поверхности. В большинстве случаев энергия активации быстро растет с ростом заполнения Подобные же явления были обнаружены в кинетике контактных реакций. Энергия активации последних во многих случаях изменяется с изменением удельного заполнения поверхности реагирующими веществами. Особенно характерными оказались данные по отравлению катализаторов. Характер изменения активности последних при поглощении ядов часто совершенно необъясним при помощи элементарной теории. [c.206]

Разработка теории элементарных реакций чрезвычайно важна для понимания общих закономерностей протекания химических процессов, для обоснования общих законов кинетики (таких, как уравнение Аррениуса), для выяснения физического смысла энергии и теплоты активации, предэкспоненциального множителя и т. д. Как бы сложно ни протекал химически процесс, он всегда состоит из того или иного числа элементарных реакций, поэтому в основе теории кинетики должна лежать теория этих отдельных элементарных стадий. [c.24]

Если для каждой отдельной стадии цепных реакций по-прежнему применимы методы теории элементарных реакций, то для реакции в целом более или менее простые соотношения сохраняются лишь для неразветвленных цепных реакций. Здесь так же, как и для элементарных процессов и для сложных реакций с замкнутыми циклами, можно допустить наличие равновесия между исходными молекулами и активированными комплексами. Кинетика реакции будет подчиняться уравнению Аррениуса, из которого можно рассчитать теплоту активации Е суммарной реакции, соответствующую разности теплосодержаний активированного комплекса и исходных веществ. [c.57]

Рассмотрим теперь физический смысл отклонений от линейности в графиках Аррениуса. Следует сразу же подчеркнуть, что с теоретической точки зрения даже для элементарной реакции любой аррениусовский параметр зависит от температуры. Например, преобразование уравнения, выведенного для константы скорости из статистической теории химической кинетики, в уравнение типа Аррениуса показывает, что оба члена, соответствующие и предэкспоненциальному множителю, и энергии активации, включают среднее значение температуры опыта [72, 89]. Однако нелинейную зависимость пк от 1/Г обычно нельзя определить экспериментально, если не провести измерения скорости в температурном интервале около 100 К. Такой большой интервал, как правило, трудно доступен для эксперимента, особенно для реакции в растворах. Иногда по точным измерениям температурной зависимости энергии активации удается определить число колебательных степеней свободы, которое, как предполагают, связано с числом связей, длина которых меняется в рассматриваемой элементарной стадии [72]. [c.149]

Поразительна сила научного предвидения Я. Г. Вант-Гоффа, который во время триумфа формальной кинетики предсказал пределы ее возможностей и наметил (сам этого не подозревая) пути преодоления неразрешимых в рамках этой теории противоречий с экспериментом. Действительно, лишь при анализе небольшого числа простых неорганических реакций в газовой фазе можно было изучить механизм элементарных реакций (а не брутто-механизм превращения), используя не только основные принципы, но и математический аппарат кинетической теории газов . [c.153]

Таким образом, в 1910—1930-х годах были созданы основные концепции современной химической кинетики, которые привели к углублению представлений о протекании сложных реакций (создание теории цепных реакций) и разработке теорий элементарных реакций (теории соударений и абсолютных скоростей реакций). Причем только когда физические представления были не формально перенесены на химические объекты (теория соударений), а стали применяться для изучения путей перехода начальной конфигурации атомов в конечную при химической реакции, возникла одна из основных теорий современной химической кинетики, обладающая большой прогностической силой, — теория абсолютных скоростей реакций. Изучение структурно-кинетических закономерностей в это время оказало значительное влияние на развитие химической кинетики, так как сложные объекты исследования (главным образом жидкофазные органиче- [c.161]

Одной из основных задач химической кинетики является расчет скоростей химических реакций. Скорость сложной реакции может быть рассчитана, если известны элементарные стадии, составляющие эту реакцию, кинетические уравнения, описывающие эти стадии, и численные значения констант скоростей стадий. Поэтому определение кинетических уравнений и констант скоростей элементарных реакций является важнейшей задачей теории химических процессов, [c.526]

В начале этого века ученые столкнулись с примерами сложного протекания реакций. В первой трети этого века были открыты цепные реакции (Боденштейн, Семенов, Хиншельвуд). б1мическая кинетика стала превращаться в науку, изучающую механизмы сложных химических реакций. Параллельно развивалась теория элементарного акта на основе аппарата статистической физики. С появлением квантовой химии связан новый этап развития кинетики - квантово-химическая трактовка элементарного химического акта. В 30-х годах была сформулирована теория абсолютных скоростей реакций (Глесстон, Лейдлер, Эйринг). [c.10]

Современная кинетика электрохимических реакций была создана в основном советскими учеными. Особенностью современной теории является то, что она строится на базе изучения механизма элементарного электрохимического акта и учитывает строение двойного электрического слоя на поверхности электрода. (Прим. ред.) [c.575]

Молекулярная теория газов развита, как известно, намного лучше теории жидкостей и твердых тел, а поэтому кинетике газовых реакций уделено больше внимания, чем кинетике реакций в растворах и твердой фазе. Обстоятельное обсуждение в гл. XIII механизма сложных реакций в газовой фазе является, вероятно, слишком пространным, что объясняется научными интересами автора. Однако известным оправданием этому может служить важность рассматриваемого механизма для трактовки кинетических данных. Одним из очень важных аспектов кинетического изучения любой реакции является вычисление констант скоростей элементарных стадий из определяемой па опыте скорости процесса. Недостаток адекватного рассмотрения механизма был одним из основных причин застоя в развитии теории кинетики в период с 1929 года до первых лет после второй мировой войны. [c.9]

Медведев с сотрудниками обратили внимание на изменение скорости полимеризации и числа полимер-мономерных частиц в зависимости от конверсии мономеров и отметили, что теория Смита — Эварта не учитывает влияния адсорбционных слоев эмульгатора на скорость протекания элементарных реакций полимеризации. Количество частиц с конверсией мономеров резко уменьшается, средний диаметр их пропорционален степени конверсии, в то время как общая поверхность частиц остается постоянной. По теории Медведева скорость полимеризации обусловлена большой скоростью образования свободных радикалов инициатора и снижением энергии активации распада инициатора полимеризации в слоях эмульгатора на поверхности раздела фаз. При изучении кинетики полимеризации показано, что скорость полимеризации линейно зависит от суммарной поверхности всех полимер-мономерных частиц. Это позволяет считать, что полимеризация протекает в адсорбционных слоях эмульгатора, в которых концентрация мономера и инициатора является наибольшей. Адсорбционные слои эмульгатора определяют не только устойчивость системы, но и скорость образования радикалов и место протекания полимеризации, [c.149]

Скорость элементарной реакции равна произведению концентраций реагентов, участвующих в химическом акп1е, возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам реакции. Уравнение (195.1) является основным законом кинетики. Коэффициенты v могут принимать только целые положительные значения, равные 1, 2, 3. Закон действующих масс был впервые сформулирован Гульдбергом и Вааге (1867). Пфаундлер уравнение (195.1) теоретически вывел на базе молекулярно-кинетической теории (1867). Часто односторонние реакции могут протекать через стадии образования промежуточных соединений реагирующих молекул с молекулами растворителя или катализатора, с последующим превращением в продукты реакции. Тогда уравнение скорости химической реакции записывают в форме [c.533]

Созданная Эйрингом, Эвансом, Поляни и Вигнером теория абсолютных скоростей реакций почти 40 лет является, по существу, единственной теорией, позволяющей на основе молекулярных данных анализировать кинетику и механизм разнообразных элементарных реакций. В основу теории заложены квантсвомеха-нические, статистические и термодинамические представления, поэтому она является весьма плодотворной при решении многих кинетических задач, возникающих в физике, химии и биологии [21, 26—341. [c.20]

В то же время законы, управляющие протеканием элементарных реакций, зиячителыю ироще, чем законы протекания сложных реакций. Поэтому изложение курса химической кинетики целесообразно начать с изложения теории элементарных реакций. [c.56]

Книга вводит читателя в увлекательную науку о превращениях веществ. Простота изложения материала не требует от читателя высокого уровня подготовки в области математики, химии и термодинамики. Достаточно знания основ этих наук. Издание включает три части соответственно об эмпирической кинетике, элементарной теории одностадийных реакций, кинетике сложных цигслических процессов (цепных и каталитических), а также о кинетике реакций в сложных системах. Такими системами являются природные системы атмосфера, вода, почва и живые организмы. Лишь для атмосферы возможно описание динамики химических превращений без учета биологических факторов, что и представлено в заключительной главе. [c.2]

Из фундаментальных соотношений теории случайных марковских процессов выведены стохастические интегродифференциальные (скачкообразные), разрывные (дискретно-непрерывные), диффузионные и матричные (дискретные в пространстве состояний по времени) модели кинетики механодеструкции, описывающие эволюцию дифференциальных функций числового распределения макромолекул полимеров по длинам. Проведен последовательный анализ выведенных уравнений кинетики механодеструкции. Он показал, что при некоторых упрощающих предположениях решениями этих уравнений являются известные в литературе функции распределения Пуассона, Танга, Кремера-Лансинга и др. С помощью математического аппарата теории дискретных марковских процессов построены модели кинетики структурных превращений в ферритах -шпинелях, активированных в планетарных машинах разработана обобщенная модель кинетики механорасщепления зерен на примере природного полисахарида - крахмала. Из основного кинетического уравнения Паули выведены стохастические модели ряда элементарных химических реакций, протекающих в дисперсных системах при механическом нагружении частиц твердой фазы. Проведен анализ выведенных уравнений и выявлены преимущества статистического метода описания кинетики химических реакций перед феноменологическим. [c.19]

В отличие от довольно простой теории реакций в газовой фазе расчет констант скоростей реакций в жидкой фазе чрезвычайно сложен. Причина этого заключается в первую очередь в сложности многочисленных возможных межмолекулярных взаимодействий между растворителем и растворенным веществом (ом. разд. 2.2). При изучении кинетики реакций в растворе всегда возникает проблема выбора конкретного свойства растворителя, которое можно было бы использовать в математических выражениях, связывающих это свойство со скоростью реакции. Другая проблема заключается в выборе хара1ктеристик реагирующих молекул, которые необходимо учитывать при определении влияния растворителя на их реакционную способность. Количественная оценка влияния растворителей на константу скорости к элементарной реакции сводится к нахождению функций типа [c.272]

Тем не менее такое согласование ни в какой мере не может служить окончательным доказательством предложенной схемы реакций. В истории кинетики имеется немало примеров, когда некоторые реакции сначала удалось объяснить определенной схемой, в дальнейшем опровергнутой. К сожалению, теории элементарных реакций (бимолекулярных, псевдомономолекулярных, тримолеку-лярных) в настоящее время лишь слабо аргументируются, казалось бы, простыми процессами, на которых они были построены, а базируются на элементарных актах сложных превращений, например на рекомбинации атомов, радикальных реакциях и т. д. [c.94]