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.