Основы теории элементарных реакций

В настоящей главе рассматриваются основы теории элементарных реакций в третьей главе дается приложение этой теории к некоторым частным случаям, четвертая глава связывает общую скорость химического процесса со скоростями отдельных элементарных актов реакции, протекающей в целом по сложному механизму. [c.50]

Основы теории элементарных реакций [c.12]

Скорость химической реакции А + + В О + Е будет определяться числом столкновений возбужденных молекул А и В, суммарная энергия которых должна быть выше энергии Е, необходимой для образования переходного состояния. Однако это условие является необходимым, но не достаточным. Для образования переходного состояния кроме избыточной энергии сталкивающихся молекул необходимо благоприятное расположение атомов в реакционных центрах реагирующих молекул. Следовательно, теория элементарного химического акта должна давать возможность расчета высоты энергетического барьера и вероятности образования переходного состояния исходя из строения и свойств реагирующих молекул. Одним из первых направлений в развитии теории элементарных реакций является теория активных столкновений. Ее основы разрабатывались на базе молекулярно-кинетических представлений и идеи, выдвинутой Аррениусом об активных столкновениях, заканчивающихся химическим актом. На современном этапе это направление развивается на базе квантовой теории химической связи и строения молекул. Начало этому было положено работами Эйринга, Эванса, Поляни и др., создавших новое направление в теории элементарных химических реакций, так называемую теорию абсолютных скоростей реакций. В этой теории ставится задача расчета высоты энергетического барьера и вероятности образования переходного состояния исходя из свойств реагирующих молекул. За последние три десятилетия получило развитие новое направление в теории элементарных химических реакций, в котором строение и свойства переходного состояния описываются на базе теории молекулярных орбиталей. [c.562]

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]

Основой теории стационарных реакций является положение, что для каждой элементарной стадии приложим закон действующих поверхностей, т. е. поверхностных концентраций. Тогда уравнение каждой сложной реакции можно достаточно просто разложить по [c.50]

А. Д. Абкин, А. Р. Гантмахер и др.). Рассматривая полимеризацию на основе теории ценных реакций, они выдвинули основные положения о полимеризации как процессе, протекающем через свободные радикалы, что позволило понять химическую природу элементарных стадий процессов полимеризации и сополимеризации [129, 130]. [c.43]

В работе [73] вопросы существования нескольких стационарных состояний анализируются на основе теории графов. Механизму многостадийного химического процесса ставится в соответствие так называемый двудольный граф, состоящий из вершин двух типов. 1-й тип вершин соответствует веществам, 2-й тип — элементарным стадиям. В предположении справедливости закона действующих масс получено достаточное условие единственности положительной стационарной точки системы, связанное со структурой графа, соответствующего механизму реакции. Сформулированы условия, выделяющие область параметров, для которой положительное стационарное состояние единственно и неустойчиво. Предлагаемый алгоритм реализован в виде программы для ЭВМ. [c.236]

Формула (2.5) является основной в теории абсолютных скоростей реакций. Входящие в нее величины можно рассчитать теоретически, если построить для данной реакции поверхность потенциальной энергии. Помимо теоретических методов определения параметров активированного комплекса на основе (2.3) важную роль на практике играют различные полуэмпирические и эмпирические оценки структуры и энергии активированного комплекса и определение по ним, согласно (2.5), константы скорости элементарной реакции. Подобные расчеты широко применяются, так как не существует прямых [c.21]

Следует отметить, что положение о независимом протекании элементарных реакций, лежащее в основе теории сложных химических процессов, в отдельных случаях может оказаться неверным. [c.144]

В книге рассмотрены свойства и методы изучения заряженных межфазных границ. Излагаются закономерности электрохимической кинетики, связанные с подводом реагирующего вещества к поверхности электрода. Показана роль явлений массопереноса при конструировании хемотронных приборов и новых источников тока. Обсуждены закономерности перехода заряженных частиц через границу электрод/раствор. Излагаются физические основы современной квантовомеханической теории элементарного акта электрохимической реакции, особенности химических стадий в электродном процессе, механизм электрокристаллизации, многостадийные и параллельные процессы, роль явлений пассивности и адсорбции органических веществ в электрохимической кинетике, [c.2]

В основу теории переходного состояния положено несколько допущений и невыполнение какого-либо из них может привести к изменению как выражения для константы скорости (111.12), так и самого кинетического уравнения элементарной реакции (111.11). [c.96]

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]

Сера. Развитие в последние годы электрохимии серы в неводных растворах обусловлено, с одной стороны, практическим использованием серы и ее диоксида в качестве перспективного катодного материала в источниках тока с электролитом на основе апротонных растворителей с другой стороны, некоторые серосодержащие анионы, например 8268 , являются удобной моделью для развития теории элементарного акта переноса заряда (восстановление 8208 на катодной поверхности при отрицательных зарядах исключает специфическую адсорбцию как реагирующей частицы, так и продукта реакции). Соответственно этим направлениям ведутся исследования электровосстановления элементарной серы [681, 684, 1217, 155, 207, 1071, 444, 1246, 832, 833], диоксида серы [693, 1037, 1026, 491, 628, 629, 717, 858] и ее анионов [816, 132, 524, 523, 699, 131, 198, 195, 52, 133] в основном в апротонных растворителях. [c.104]

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]

В работах [76, 77] использовалось представление коэффициентов скоростей элементарных стадий на основе теории абсолютных скоростей реакций и выражение для коэффициента рекомбинации записывалось в виде [c.67]

Уравнение скорости элементарной реакции на поверхности получено Темкиным на основе теории абсолютных скоростей реакции [61. В дополнение к допущениям о простой адсорбции и о вполне беспорядочном расположении частиц на поверхности он сделал следующие предположения относительно активированных комплексов, которые рассматривались как квазичастицы. [c.60]

В предыдущем разделе на основе теории абсолютных скоростей реакций была получена формула (111,43) для расчета скоростей элементарных поверхностных реакций. Выделим из этой формулы константу скорости [c.70]

Относительные скорости переноса протона от ряда кислот НА1, НЛа,... к реагирующему веществу К могут быть рассмотрены на основе теории переходного состояния, если предположить, что элементарный акт переноса можно рассматривать как трехцентровую реакцию, т. е. пренебрегая любым влиянием растворителя на эту реакцию. Если все сравниваемые кислоты принадлежат к одному типу, например к ряду одноосновных карбоновых кислот, то кривые потенциальной энергии для их диссоциации на Н+ и А могут накладываться друг на друга в области минимальных значений, что можно изобразить отдельной кривой С на рис. 6. Эта кривая пересекается кривыми отталкивания частиц и А (кривая А) и частиц и А (кривая В). Тогда жирные линии обозначают пути следующих реакций [c.59]

В 1922 г. Линдеман [201 показал, каким образом при определенных условиях активационное столкновение может привести к кинетике первого порядка. Фактически теория Линдемана является основой всех современных теорий мономолекулярных реакций в настоящее время Хиншельвуд с сотр., Кассель, Райс и Рамспергер, а также Слейтер ее существенно усовершенствовали. Вначале рассмотрим элементарную теорию Линдемана и затем некоторые ее усовершенствования. [c.120]

Общепризнано, что полимеризация олефинов в присутствии кислот в качестве катализаторов протекает по карбоний-ионному механизму [22]. Преимуществом этой теории является возможность объяснения весьма широкой группы каталитических реакций углеводородов полимеризации алкилирования, изомеризации и крекинга на единой основе весьма небольшого числа сравнительно простых элементарных реакций. [c.227]

Во-вторых, достижения в изучении особенностей протекания элементарных реакций радикальной полимеризации изменили распространившееся в последнее десятилетие (и даже встречавшееся в монографиях) представление о завершенности теории радикальной полимеризации, об отсутствии существенных научных проблем в этой области. Эти достижения стали основой новых технологических решений при получении полимеров с улучшенными свойствами. [c.5]

Авторы не пытаются объяснить или подтвердить большинство, теорий скорости реакций, которые должны лежать в основе обсуждения кинетики и механизма. Краткие определения были даны лишь как напоминание или в тех случаях, когда эти концепции особенно важны для последующего обсуждения. Читатели, не владеющие необходимыми элементарными сведениями по химической кинетике, могут ознакомиться с ними по обычным руководствам по физической химии или по отдельным книгам, указанным в списке литературы, особенно по книгам Эдварда и Кинга. [c.188]

Представление о координатах реакции и их построение позволяют наглядно представить поведение реагентов до и после достижения переходного состояния и дают таким образом специфическую информацию, которая не предоставляется самой теорией абсолютных скоростей реакций. В этом иногда усматривают обоснованность выбранного пути реакции. В связи с этим укажем, что теория абсолютных скоростей реакций (учитывая ее статистико-механические основы) не требует такой детализации, а, напротив, допускает любой путь, ведущий от реагентов к переходному состоянию. При выборе только одного из бесконечного множества таких путей мы нарушаем элементарное предположение, лежащее в основе теории абсолютных скоростей реакций, — предположение о равновесном распределении состояний. Представление о пути реакции действительно важно для теории абсолютных скоростей реакций при соотнесении [162] переходного состояния с реагентами и продуктами реакции при помощи нормальной координаты, соответствующей мнимой колебательной частоте активированного комплекса. И хотя между каким-либо из предложенных путей реакции и динамикой химической реакции не обнаружено ни одной непосредственной связи, считается [221], что выбранный путь реакции должен лежать поблизости от средней или наиболее правдоподобной классической траектории (полученной при наиболее правдоподобных начальных условиях). Благодаря этому предположению мы [c.70]

В первых двух главах книги приведены данные об энергии разрыва связей в молекулах углеводородов и кинетике элементарных радикальных реакций, являющиеся основой для рассмотрения механизма термических превращений углеводородов. В третьей главе кратко изложены теории термических превращений углеводородов и основы теории цепных неразветвленных процессов. Таким образом, главы I—III являются введением к основному материалу книги. [c.6]

Основные сведения о протекании элементарных химических процессов в традиционной химической кинетике извлекаются из измерений, сводящихся к определению скорости изменения концентрации реагентов или продуктов как функции времени, температуры, концентрации самих реагентов или добавляемых в виде примесей веществ и т, п. Получаемая количественная информация представляет одну или несколько констант скорости реакций или их комбинацию в функции температуры. Из этой зависимости на основе более или менее простой теории определяется энергия активации процесса. Достоверность получаемых данных в значительной мере зависит от правильности постулированного механизма реакции, в который входит данный элементарный процесс, и, в частности, от учета всех возможных побочных процессов, которые (Могли бы исказить измерения. Таким образом, здесь видны два недостатка кинетических измерений. Один из них связан с постулированием простой— чаще всего аррениусовской — зависимости константы скорости реакции от температуры k T)=A ехр —E/RT). С накоплением экспериментальных данных принципиально новыми методами исследований и с развитием теории элементарных реакций становилось очевидным, что константа скорости является весьма грубой характеристикой процесса, примени мость которой ограничена условиями теплового равновесия или его малого нарушения в химической системе. Введенное Аре-ниусом понятие энергии активации характеризовало некоторую эффективную величину энергетического барьера, определяемого из температурной зависимости константы скорости реакции. Другая составляющая аррениусовского выражения — пред-экспоненциальный множитель — обычно представляется в виде произведения газокинетического числа столкновений на так называемый стерический множитель. Величина этого. множителя в рамках классических представлений являлась эмпирической поправкой, обеспечивающей согласие экспериментально определенной константы скорости реакции с рассчитанной на основе теории столкновений для твердых сфер. Теория переходного состояния позволила качественно, а также и количественно объяснить возникновение и величину сферического множителя, однако не оставила каких-либо надежд на обобщение этого понятия на неравновесные ситуации. [c.112]

Тепловые и диффузионные теории распространения пламени имеют ограниченную применимость, определяемую теми допущениями, которые положены в основу этих теорий. Надежные расчетные значения и могут быть получены только на основе детального механизма реакций горения, точных значений констант скорости этих химических реакций, точных значений коэффициентов диффузии и теплопроводности. Все эти требования на современном уровне знаний не могут быть удовлетворены. По этой причине в последние годы больщее внимание уделяется теоретическим расчетам, направленным не на вычисление и , а на выяснение отдельных особенностей механизма горения, на определение констант скорости отдельных элементарных реакций в процессе горения и т. д. [c.120]

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]

Эта теория является дальнейшим развитием теории абсолютных скоростей реакций. В теории РРКМ механизм элементарной реакции моделируется на основе более детальной схемы (см. табл. 2.1), нежели (2.4). Детализация механизма позволяет учесть явную зависимость константы скорости от давлент, а также скорректировать известную из теории абсолютных скоростей реакций температурную зависимость константы скорости. Тем самым появляется возможность проводить более обоснованные оценки констант скорости при различных температурах и давлениях. Стоит подчеркнуть, что расхождение между экспериментальными константами скорости весьма часто связано не только с погрешностью опыта, но и с различием физико-химических условий проведения экспериментов. Ниже рассмотрены основные соотношения теории РРКМ, которые, начиная с 1951 г., опубликованы Райсом и Маркусом. Эти соотношения [c.32]

В третьем издании курса рассмотрены вопросы, которые приобрели фундаментальное значение, но не затрагивались в прежних изданиях. В гл. III ( Элементарные химические реакции ) введен параграф, посвященный вычислению констант скоростей с помощью корреляционных соотношений, рассматриваемые типы элементарных реакций дополнены реакциями переноса электронов, лежащими в основе большого числа окислительно-восстановительных процессов. В параграфе, посвященном методу квазисгяционарных концентраций, подробно рассмотрена общая теория стационарных реакций, введено понятие маршрута и с этих позиций рассмотрены кинетические схемы основных типов сложных реакций — сопрялжнных, каталитических и цепных. [c.6]

Наиболее существенной переработке подвергнута гл. Ill, в которой рассматриваются элементарные химические реакции. С более общих позиций, чем в предыдущих изданиях, излагается вопрос о расчете абсолютных скоростей реакций. Метод активированного комплекса (теория переходного состояния) приводится лишь как один из существующих подходов к решению этой задачи. Проанализирован вопрос о границах применимости теории переходного состояния. Даны сведения о новых подходах к расчету абсолютных скоростей реакций — теории мономолекулярных реакций Райса, Рамспергера, Кесселя и Маркуса, о методах расчета динамики газовых бимолекулярных реакций. В 3 гл. Ill приводятся основы диффузионной теории бимолекулярных реакций в растворе. При описании основных типов элементарных реакций, в том числе фотохимических реакций, использованы подходы, основанные на рассмотрении орбитальной симметрии и граничных орбиталей. Расширено изложение клеточного эффекта в свободнорадикальных реакциях, где обнаружены такие важные эффекты, как химическая поляризация ядер и влияние магнитного поля на направление превращений свободных радикалов. [c.5]

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]

В книге изложены основные положения по теории и практике типовых процессов многотоннажной технологии органических веществ и нефтепереработки, даны научные основы радикально-цепных, гомогенных и гетерогенных каталитических реакций. Рассмотрена характеристика химических процессов, реакторов и растворителей, применяемых в научных и промышленных синтезах, а также приведен термодинамический и кинетический анализ простых и сложных по стехиометрии реакций. Большое внимание уделено механизмам химических реакций, элементарным реакциям, реакционной способности и активации реагентов, гомогеннов у и гетерогенному катализу. [c.4]

Научные исследования относятся к учению о химических процессах. В первых работах (1916— 1925) получил данные о явлениях, вызванных прохождением электрического тока через газы, об ионизации паров металлов н солей под действием электронного удара и о механизме пробоя диэлектриков. Разработал основы тепловой теории пробоя диэлектриков, исходные положения которой были использованы им при создании (1940) теории теплового взрыва и горения газовых смесей. На основе этой теории вместе с учениками развил учение о распространении пламени, детонации, горении взрывчатых веществ и порохов. Его работы по ионизации паров металлов и солей легли в основу современных представлений об элементарном строении и динамике химического превращения молекул. Изучая окисление паров фосфора, в сотрудничестве с /О. Б. Харитоном и 3. Ф. Вальтой открыл (1926--1928) предельные явления, лимитирующие химический процесс,— критическое давление , критический размер реакционного сосуда и установил пределы добавок инертных газов к реакционным смесям, ниже которых реакция не происходит, а выше которых идет с огромной скоростью. Те же явления обнаружил (1927—1928) в реакциях окисления водорода, окиси углерода и других веществ. Открыл (1927) новый тип химических процессов — разветвленные цепные реакции, теорию которых впервые сформулировал в 1930—1934, показав их большую распространенность. Доказал экспериментально и обосновал теоретически все наиболее важные представления теории цепных реакций о реакционной способности свободных атомов и радикалов, малой энергии активации [c.456]

Резкое отставание скорости движения ядер от скорости движения электронов позволяет перемещения ядер по координате реакции рассматривать посредством классической механики. Так как перемещение ядер, объединенных в конфигурации активного комплекса через потенциальный барьер, определяет среднюю скорость элементарной реакции, то этот принцип теория кладет в основу приближенных расчетов абсолютных скоростей реакций. Ввиду этого в простейщих случаях удается вычислить и энергию активации, и предэкспоненци-альный множитель в уравнении Аррениуса. [c.318]

Книга Гайнца Беккера Введение в электронную теорию органических реакций представляет собой четкое и ясное изложение электронных представлений о механизмах наиболее распространенных и важных реакций органических веществ, без изложения которых не обходится ни один курс органической химии, ни практика исследователя. В отличие от других книг теоретического направления, обычно ограничивающихся при изложении механизма реакций лишь графикой электронных смещений, книга Беккера, помимо очень удачной графики этого рода, вскрывает физико-химические, термодинамические и электронно-структурные факторы движущих сил реакций. Она вооружает читателя глубокими знаниями и возможностью предвидения. Первые три главы излагают общие теоретические основы проблемы химической связи, распределения электронной плотности в органических молекулах и основные положения кинетики и термодинамики органических реакций с освещением теории переходного состояния и элементарного акта реакции. Первая из этих глав, посвященная квантовомеханическим основам теории химической связи, написана в форме, доступной для химиков-органиков, обычно плохо владеющих высшей математикой. В этой главе некоторым сокращениям подверглось изложение представлений о модели атома Бора, имеющих лишь исторический интерес. В этой же главе излагаются основы квантовой механики, где Беккер подходит к уравнению Шредингера, используя аналогию с волновым уравнением. Эта аналогия имела определенное эвристическое значение при создании волновой механики. Однако она, естественно, не отражает важнейших особенностей уравнения Шредингера и вряд ли облегчает его -восприятие. Поэтому взамен этой аналогии мы изложили основы квантовой мех-лники в доступной форме, аналогично тому, как это Сделается в основных современных курсах квантовой химии. / [c.5]

Одно из интереснейших применений гиперповерхности потенциальной энергии находят в исследованиях динамики [129] химических реакций как с использованием классических гамильтоновых уравнений движения (метод классических траекторий [130, 131]), так и на основе квантовомеханической теории рассеяния [84, 131]. В теории элементарных химических процессов часто используются [130] эмпирические гиперповерхности потенциальной энергии. Упомянем здесь хотя бы о методе ЛЭПС (Лондон, Эйринг, Поляни, Саю) [130], берущем начало в историческом методе ЛЭП (Лондон, Эйринг, Поляни) [132] для трехатомных систем. Однако постепенно расширяется [130, 131] круг систем, для которых достаточно точные потенциальные гиперповерхности могут быть получены на основе неэмпирических квантовохимических методов. По этим вопросам имеется критический обзор Бейдера и Гэнджи [133]. Применяются также расчеты гиперповерхностей методом ДФМ (двухатомные фрагменты в молекулах) [134]. [c.56]

Применяя рассмотренную выше теорию электрохимической коррозии к процессам взаимодействия ЭИ с растворенным водородом, логично считать, что в этих процессах микрокатодами являются участки углеродистого каркаса ЭИ+, несущие на себе частицы гидроокиси металла. В качестве же анодных участков может служить сам водород, сорбированный на поверхности каркасной основы. Каркасной основой могут быть ионит КУ-11 и активный уголь СКТ, обладающие конденсированно-аромэтической структурой с множеством сопряженных ароматических свя зей, или полимерные иониты, содержащие стирольные ароматические ядра и обладающие электронной проводимостью. При этом по внещней цепи электроны водорода передаются к катодным участкам гидроокиси металла. Внутреннюю цепь электрохимической системы в этом случае должны создать непрерывно образующиеся положительные ионы водорода и переходящие в водный раствор отрицательные ионы гидроксила, возникающие в составе ЭИ+ перед превращением их в ЭИ . Элементарные реакции суммарного процесса окисления-восстановления с по- [c.123]

Квантовомеханическая теория элементарного акта процессов лереноса протона в полярной среде возникла в результате дальнейшего развития идей, лежаших в основе квантовой теории кинетики окислительно-восстановительных реакций. Одна из главных особенностей этой теории заключается в учете динамического влияния растворителя на кинетику реакций. Представление о динамической роли растворителя в кинетике реакций восходит к работе Либби [1], в которой впервые было указано на то, что тепловые флуктуации в растворителе являются важнейшим фактором, обеспечивающим возможность протекания электронного переноса . Идея о динамическом поведении растворителя получила впервые реальное воплощение в теории электронного переноса Маркуса [3]. Существенно, что подход Маркуса носил чисто классический характер. Аналогичные представления позднее развивал Хаш [4]. [c.350]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология