Основные понятия. Стехиометрическое уравнение реакции отражает лишь материальный баланс процесса и, как правило, не соответствует реальному пути перехода исходных веществ в

Стехиометрическое уравнение реакции отражает лишь материальный баланс процесса и, как правило, не соответствует реальному пути перехода исходных веществ в конечное состояние. В действительности почти всегда исходные реагенты сначала превращаются в неустойчивые промежуточные вещества- интермедиаты. Это частицы с высокой реакционной способностью, легко вступающие во взаимодействия как друг с другом, так и с исходными веществами. В результате возникает сложная система одновременно протекающих реакций, которые в конечном итоге и приводят к образованию продуктов.

Совокупность всех реакций, которые в данных условиях могут реально протекать в реакционной системе и в сумме реализуют стехиометрическое превращение исходных веществ в конечные продукты называется механизмом реакции.

Простые реакции - это реакции, в которых реагенты превращаются в продукты в результате однократного взаимодействия частиц.

Сложные реакции - это реакции, в которых реагенты превращаются в продукты в результате протекания двух и более простых реакций. О них будем говорить позже. Простые реакции как законченное превращение исходных веществ в продукты встречаются довольно редко. Примеры простых реакций:

C₂H₅Br ® C₂H₄ + HBr;

2NO + O₂ ®2NO₂.

Чаще простые реакции являются элементарными стадиями сложных реакций. В этом случае простые реакции называют элементарными реакциями. Можно дать еще такое определение: одностадийные реакции, в которых реагенты непосредственно превращаются в продукты без образования каких-либо промежуточных соединений (интермедиатов), называются элементарными реакциями. Они протекают так, как записаны их стехиометрические уравнения.

Простые (элементарные) реакции классифицируют по числу частиц, участвующих в превращении- по молекулярности. Молекулярность может быть равна 1; 2 и реже 3. Стадией сложной реакции является совокупность двух элементарных реакций: прямой и обратной (если это возможно по термодинамике). Раздел химической кинетики, в котором решается задача макроскопического описания химических процессов и их развития во времени и пространстве называется феноменологической или формальной кинетикой. В этом разделе речь не идет о конкретном, истинном механизме процесса. Здесь экспериментальные данные описываются подходящим уравнением и определяются факторы, от которых зависит скорость процесса.

Как правило, стехиометрическое уравнение реакции отражает лишь материальный баланс процесса и, как правило, не соответствует реальному пути перехода исходных веществ в конечное состояние.

В действительности почти всегда исходные реагенты сначала превращаются в неустойчивые интермедиаты (промежуточные вещества) - частицы с высокой реакционной способностью. Эти частицы легко вступают во взаимодействия как друг с другом, так и с исходными веществами, в результате возникает сложная система одновременно протекающих реакций, которые в конечном итоге и приводят к образованию продуктов.

Совокупность всех реакций, которые в данных условиях могут реально протекать в реакционной системе и в сумме реализуют стехиометрическое превращение исходных веществ в конечные продукты называется механизмом реакции.

Тут нужны пояснения. Рассмотрим их на примере реакции окисления метана, которой соответствует следующее стехиометрическое уравнение:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2 H₂O.

Оказывается, при температуре выше 1500 К в системе, первоначально состоящей только из метана и кислорода, может протекать более 20 реакций с участием промежуточных частиц:

CH₃, CHO, CH₂O, CO, O, H, OH и HO₂, но только одна из этих реакций приводит к образованию одного из конечных продуктов – диоксида углерода

CO + OH ®CO₂ + H.

Второй конечный продукт – вода образуется в четырех реакциях:

CH₂O + OH ® CHO + H₂O (1,00)

CH₄ + OH ® CH₃+ H₂O (0,24)

H₂O + OH ® H + H₂O (0,17)

H + OH ® H₂O (10^-23)

Из сравнения относительных скоростей этих реакций (скорость первой принята за единицу), видно, что реальный вклад последней реакции в образование воды ничтожно мал и она может не включаться в механизм окисления метана.

Следовательно, при формировании схемы механизма процесса превращения, необходим некий анализ всей совокупности реакций и обоснованный отброс тех, которые невозможны по термодинамике, а также тех, которые протекают с малой скоростью.

Дата добавления: 2014-01-11