МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ

Сведения о зависимости скорости химической реакции от концентраций, температуры и давления находят широкое практическое применение. На­пример, такими сведениями необходимо располагать при проектировании двигателей внутреннего сгорания, ракетных двигателей и других техни­ческих устройств, в которых происходят химические превращения. Но изучение кинетики химических реакций помимо таких практических целей преследует и более фундаментальные задачи. Знание уравнения скорости реакции и ее энергии активации поможет разобраться в механизме реакции, т. е. в подробной картине ее протекания. Механизм реакции описывает ее путь или последовательность стадий, через которые она протекает, а также последовательность разрыва и образования новых связей и порядок изменений относительного положения атомов в ходе реакции. Установление детальных механизмов химических реакций представляет собой одну из величайших задач химии. Если известен механизм реакции, то с его помощью можно предсказать новые реакции и проверить эти предсказания на дополнительных экспериментах.

Простейшие механизмы имеют реакции, протекающие в одну стадию. Например, молекула может приобрести энергию, достаточную для разрыва каких-либо связей или их перегруппировки. Одностадийный процесс, в котором участвует только одна реагирующая молекула, как в данном примере, называется мономолекулярным.

Одностадийные реакции могут также протекать с участием двух (в этом случае реакции называются бимолекулярными) или трех (тримолекуляр — ные реакции) молекул.

Одностадийные реакции, включающие одновременное столкновение трех молекул (тримолекулярные процессы), обычно имеют гораздо мень­шую вероятность, чем мономолекулярные и бимолекулярные. Вероятность одновременного столкновения четырех или большего числа молекул и тем более вероятность того, что такие столкновения будут происходить сколько-нибудь регулярно, совершенно ничтожна; поэтому такие столкно­вения никогда не рассматриваются как часть предполагаемого механизма реакции.

Вообще говоря, порядок одностадийной реакции по каждому реагенту равен стехиометрическому коэффициенту при данном реагенте в полном химическом уравнении реакции. Очевидно, однако, что из рассмотрения полного химического уравнения нельзя заключить, является ли данная ре­акция одностадийной или состоит из нескольких последовательных стадий.

Многие химические реакции протекают в несколько мономолекулярных и бимолекулярных стадий; более того, это скорее является правилом, чем исключением.

Скорость полной реакции не должна быть выше скорости ее самой мед­ленной стадии. Если одна из стадий реакции протекает намного медленнее других, то она и определяет скорость полной реакции; самая медленная стадия называется лимитирующей или скоростьопределяющей стадией. Здесь мы сталкиваемся с ситуацией, напоминающей движение потока авто­мобилей через туннель. Скорость всего потока в этом случае определяется главным образом скоростью движения самых тихоходных автомобилей.

Ваш отзыв

Рубрика: Основы теории тепловых процессов и машин

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *