Скорость и механизм химических реакций
В предыдущей главе мы рассматривали законы, которые позволяют ответить на важные для химии вопросы: разрешена ли данная реакция с позиции второго закона термодинамики? сколько энергии выделяется или поглощается в результате химической реакции в соответствии с первым законом термодинамики?
Указанных выше ответов недостаточно, чтобы быть уверенным в реальном осуществлении процесса. Если реакция термодинамически разрешена, то возникает следующий вопрос: как быстро протекает химическая реакция? В термодинамике на этот вопрос нет ответа, она не рассматривает развитие процессов во времени. На этот вопрос дает ответ химическая кинетика, которая изучает скорость и механизм химических процессов.
Химическая реакция должна быть разрешена не только термодинамически, но и кинетически. Под последним условием подразумевается скорость процесса. Может оказаться, что скорость реакции в условиях проведения эксперимента практически равна нулю. В этом случае бессмысленно ожидать реализации процесса. Приходится изменять условия проведения реакции, например повышать температуру, вводить катализатор, изменять концентрации реагентов, фазовое состояние или давление.
5.1. Кинетика химических процессов
Все химические процессы протекают в пространстве и во времени. Под пространством подразумевается объем, занимаемый реагентами. Желательное время реакции, не бесконечное, но и не мгновенное, со взрывом, достигается, если мы знаем, какие факторы влияют на развитие процесса, знаем механизм реакции.
Механизм реакции
Рассмотрим реакцию горения водорода в смеси с кислородом.
2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г).
Это сложная химическая реакция. В уравнении стехиометрические коэффициенты указывают лишь соотношение между участниками процесса. Сложная реакция включает несколько простых разнотипных реакций.
Простые реакции
Н2 + О2 ® Н× + НОО× реакция зарождения цепи
|
Н× + О2 ® НО× + ×О×
Н2 + ×О×® НО× + Н×
НО× + Н2® Н2О + Н× реакция продолжения цепи