Химическая реакция как пример движения

Вспомните, что такое скорость химической реакции и от каких факторов она зависит.

Химические реакции идут с различными скоростями. Диапазон их скоростей чрезвычайно широк - от практически мгновенных реакций (взрыв, многие реакции в растворах) до крайне медленных, идущих столетиями (например, окисление бронзы на воздухе).

В XIX в. было установлено, что химические реакции в подавляющем большинстве представляют собой многостадийные процессы, т. е. совершаются не путем непосредственного одновременного столкновения частиц реагентов с образованием продуктов, а через ряд простых (элементарных) процессов. Действительно, если бы, к примеру, реакция окисления аммиака

4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(г)

шла в одну стадию, то это потребовало бы огромных затрат энергии на одновременный разрыв связей в молекулах аммиака и кислорода. Кроме того, вероятность столкновения трех частиц очень мала, четырех - практически равна нулю. Одновременное же столкновение семи частиц (четырех молекул аммиака и трех молекул кислорода) просто невозможно.

Каждая элементарная стадия химической реакции - это либо химический процесс (скажем, распад одной молекулы или столкновение двух частиц), либо переход частицы в возбужденное состояние (или, наоборот, переход ее из возбужденного в основное или низковозбужденное состояние).

Даже простая на первый взгляд реакция

H2 + Br2(г) = 2HBr(г)

идет по стадиям, причем каждая стадия протекает со своей скоростью.

1-я стадия (быстрая):

Br2 → Br· + Br·

2-я стадия (относительно медленная):

Br· + H2 → HBr + H· и т.д.

Вспомните, какие частицы называют радикалами. Какие реакции называют цепными и что такое энергия активации?

Совокупность элементарных стадий химической реакции, следующих одна за другой (т. е. последовательно) или совершающихся параллельно, называют механизмом химической реакции. Механизмы реакций различны.

Для химика очень важно знать, от каких факторов зависит скорость химической реакции. Особенно важна зависимость скорости реакции (или ее стадий) от концентраций реагирующих веществ. Такую зависимость называют кинетическим уравнением. Для гипотетической реакции aA + bB = dD + eE математическое выражение (кинетическое уравнение) имеет вид

v = k ⋅ cAa ⋅ cBb,

где v - скорость химической реакции; c - концентрация вещества, моль/л; a, b - показатели степени (эти величины определяют экспериментально). Коэффициент пропорциональности k в кинетическом уравнении называют константой скорости химической реакции. Она численно равна скорости химической реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

Скорость элементарных стадий реакции пропорциональна произведению концентраций частиц-реагентов, например:

Br2 → Br· + Br· v1 = k1 c (Br2)
Br· + H2 → HBr + H v2 = k2 c (Br·) c(H2)

Скорость же суммарной реакции может различным, иногда весьма сложным образом зависеть от концентрации реагентов.

Таким образом, превращение одних веществ в другие- это не одномоментное событие, а процесс, развертывающийся во времени, т. е. имеющий свою временную структуру, которая выражена механизмом реакции. Вместе с тем механизм реакции учитывает не только изменения в составе веществ - участников реакции, но и изменение положений атомов в пространстве по мере протекания реакции. Поэтому можно говорить о пространственно-временной структуре реакции.

Начало развития химической кинетики - области химии, изучающей скорости и механизмы химических реакций, пришлось на вторую половину XIX в. Фундамент этой дисциплины был заложен в 1880-е гг. голландским физикохимиком Якобом Вант-Гоффом и шведским ученым Сванте Аррениусом.

Движение - это не только механическое перемещение. Под движением понимают также любое изменение, происходящее в окружающем нас мире, например любую химическую реакцию, т.е. процесс превращения одних веществ в другие.

Читать далее