Химическая кинетика

Элементарные реакции

Реакция называется элементарной, если реагенты реагируют одновременно в одной и той же точке, давая продукты напрямую, без образования промежуточных частиц. Таким образом, скорость реакции зависит от вероятности столкновения с реагентами и, следовательно, от частоты ударов. Эта частота пропорциональна их концентрации. Кроме того, чем выше температура, тем выше вероятность столкновения (тепловое перемешивание) и тем выше кинетическая энергия реагентов в момент удара, что позволяет пересечь активационный барьер, поэтому температура также играет роль. важный.

Называется -молекулярным количество объектов (молекул, ионов), которые одновременно вступают в контакт во время элементарной реакции. Элементарные реакции называются мономолекулярными, бимолекулярными или тримолекулярными в зависимости от значения их молекулярности (соответственно 1, 2 или 3). Поскольку вероятность того, что более 3 объектов одновременно находятся в одной точке, почти равна нулю, считается, что не существует элементарной реакции с молекулярностью выше 3 (вероятность тройных ударов сама по себе очень мала, l наличие элементарных тримолекулярных реакций обсуждается).

Для элементарной реакции ее порядок равен ее молекулярной структуре (закон Ван’т-Гоффа).

Например, для элементарной бимолекулярной реакции:

А + В → С

закон скорости примет форму:

vзнак равно-dВdтзнак равноk⋅В⋅B{\ displaystyle v = — {\ frac {\ mathrm {d} } {\ mathrm {d} t}} = k \ cdot \ cdot }

глобальный порядок 2 (частичный порядок 1 по каждому реагенту). Очевидно, также можно определить скорость компонентов B или C. Здесь k — коэффициент скорости, зависящий, в частности, от температуры и, возможно, других физических факторов.

↑нР УХЛХВЕЯЙНИ ЙХМЕРХЙХ – Й УХЛХВЕЯЙНИ ДХМЮЛХЙЕ

уХЛХЙХ БЯЕЦДЮ ЯРПЕЛХКХЯЭ ОНМЪРЭ, ВРН ФЕ ОПНХЯУНДХР Б ЛНЛЕМР ПЕЮЙЖХХ, ЙНЦДЮ ПЮГПШБЮЧРЯЪ НДМХ УХЛХВЕЯЙХЕ ЯБЪГХ Х НАПЮГСЧРЯЪ МНБШЕ. щРЮ НАКЮЯРЭ, ЙНРНПЮЪ ОН ЯСРХ ЪБКЪЕРЯЪ ТХГХЙНИ УХЛХВЕЯЙХУ ПЕЮЙЖХИ, ОНКСВХКЮ МЮГБЮМХЕ УХЛХВЕЯЙНИ ДХМЮЛХЙХ. оНДПНАМЕЕ Н МЕИ ЛНФМН ОПНВХРЮРЭ Б ЯРЮРЭЕ ГЮБЕДСЧЫЕЦН ЙЮТЕДПНИ УХЛХВЕЯЙНИ ЙХМЕРХЙХ УХЛХВЕЯЙНЦН ТЮЙСКЭРЕРЮ лНЯЙНБЯЙНЦН СМХБЕПЯХРЕРЮ ЮЙЮДЕЛХЙЮ ю. к. аСВЮВЕМЙН «бПЕЛЪ Б УХЛХХ».

б уу БЕЙЕ ЯРЮКН ОНМЪРМН, ВРН Б УХЛХВЕЯЙНИ ПЕЮЙЖХХ СВЮЯРБСЧР БЮКЕМРМШЕ ЩКЕЙРПНМШ ЮРНЛНБ. нДМЮЙН РЮЙНИ ЩКЕЛЕМРЮПМШИ ЮЙР УХЛХВЕЯЙНЦН ОПЕБПЮЫЕМХЪ ОПНХЯУНДХР МЮЯРНКЭЙН АШЯРПН, ВРН Б РЕВЕМХЕ ЛМНЦХУ ДЕЯЪРХКЕРХИ СВЕМШЕ ДЮФЕ МЕ МЮДЕЪКХЯЭ ЙНЦДЮ-КХАН СГМЮРЭ ОНДПНАМНЯРХ НА ЩРНЛ ОПНЖЕЯЯЕ. оПЕФДЕ БЯЕЦН, С МХУ МЕ АШКН МСФМШУ ОПХАНПНБ, ЯОНЯНАМШУ ЯКЕДХРЭ ГЮ ПЕЮЦЕМРЮЛХ Б РЕВЕМХЕ МХВРНФМШУ ДНКЕИ ЯЕЙСМДШ. бЕДЭ ДКЪ ОПЕБПЮЫЕМХЪ, МЮОПХЛЕП, ОЮПШ ЛНКЕЙСК ю Х б Б ЛНКЕЙСКШ ОПНДСЙРНБ я Х D РПЕАСЕРЯЪ БПЕЛЪ, ХЯВХЯКЪЕЛНЕ ТЕЛРНЯЕЙСМДЮЛХ (10–15 Я), Р.Е. ЛХККХЮПДМШЛХ ДНКЪЛХ НР НДМНИ ЛХККХНММНИ ДНКХ ЯЕЙСМДШ – ЛХЙПНЯЕЙСМДШ.

б XIX БЕЙЕ УХЛХЙХ ЛНЦКХ ХГЛЕПЪРЭ ЯЙНПНЯРХ РНКЭЙН ЯПЮБМХРЕКЭМН ЛЕДКЕММШУ ПЕЮЙЖХИ, ЙНРНПШЕ ГЮЙЮМВХБЮКХЯЭ МЕ АШЯРПЕЕ, ВЕЛ ГЮ МЕЯЙНКЭЙН ЛХМСР. хЛЕММН РНЦДЮ бЮМР-цНТТ ЯТНПЛСКХПНБЮК ЩЛОХПХВЕЯЙНЕ «ОПЮБХКН бЮМР-цНТТЮ», ЯНЦКЮЯМН ЙНРНПНЛС ЯЙНПНЯРЭ ПЕЮЙЖХХ СБЕКХВХБЮЕРЯЪ Б ДБЮ – РПХ (ХМНЦДЮ – Б ВЕРШПЕ) ПЮГЮ ОПХ ОНБШЬЕМХХ РЕЛОЕПЮРСПШ МЮ 10 ЦПЮДСЯНБ. оНЙЮ УХЛХЙХ ХГСВЮКХ ЯПЮБМХРЕКЭМН ЕДКЕММШЕ ПЕЮЙЖХХ, ЩРН ОПЮБХКН ПЮАНРЮКН УНПНЬН. мН ЙНЦДЮ ЯРЮКН БНГЛНФМШЛ ХГСВЮРЭ НВЕМЭ АШЯРПШЕ ПЕЮЙЖХХ, ДКЪ МХУ ОПЮБХКН НЙЮГЮКНЯЭ МЕОПХЦНДМШЛ. б 1920-У ЦЦ. АШК ПЮГПЮАНРЮМ РЮЙ МЮГШБЮЕЛШИ ЯРПСЕБНИ ЛЕРНД, ОНГБНКЪЧЫХИ ЯКЕДХРЭ ГЮ ОПНРЕЙЮМХЕЛ ПЕЮЙЖХИ, ХДСЫХУ СФЕ ГЮ ЯНРШЕ ДНКХ ЯЕЙСМДШ. бН БРНПНИ ОНКНБХМЕ уу БЕЙЮ ОНЪБХКХЯЭ ХЛОСКЭЯМШЕ Х ПЕКЮЙЯЮЖХНММШЕ ЛЕРНДШ, Я ОНЛНЫЭЧ ЙНРНПШУ ЯРЮКН БНГЛНФМШЛ ХГСВЮРЭ ПЕЮЙЖХХ, ХДСЫХЕ ЕЫЕ Б РШЯЪВС ПЮГ АШЯРПЕЕ – ГЮ ЛХЙПНЯЕЙСМДШ. гЮ ПЮГПЮАНРЙС ЩРХУ ЛЕРНДНБ Х ХГСВЕМХЕ ЯБЕПУАШЯРПШУ УХЛХВЕЯЙХУ ПЕЮЙЖХИ Б 1967 ЦНДС РПНХЛ СВЕМШЛ – п. дФ. мНПХХЬС, дФ. оНПРЕПС Х л. щИЦЕМС АШКЮ ОПХЯСФДЕМЮ мНАЕКЕБЯЙЮЪ ОПЕЛХЪ ОН УХЛХХ.

нДМЮЙН ДН ОНЯКЕДМЕЦН БПЕЛЕМХ МХЙНЛС МЕ АШКН ДЮМН СБХДЕРЭ РН, ВРН МЮ ЯЮЛНЛ ДЕКЕ ОПНХЯУНДХР Я ЛНКЕЙСКНИ Б ЛНЛЕМР ПЕЮЙЖХХ. щРНР ОПНЖЕЯЯ НЯРЮБЮКЯЪ РСЛЮММНИ Х МЕХГБЕДЮММНИ НАКЮЯРЭЧ. лЮКН ЙРН БЕПХК, ВРН ЙНЦДЮ-КХАН СДЮЯРЯЪ СБХДЕРЭ, ЙЮЙ ОПНХЯУНДЪР РЮЙХЕ АШЯРПШЕ ЯНАШРХЪ. мН ХЛЕММН ЩРН ЯСЛЕК ЯДЕКЮРЭ ПЮАНРЮБЬХИ Б яью ЕЦХОЕРЯЙХИ УХЛХЙ юУЛЕД гЕБЮИК. б ПЕГСКЭРЮРЕ ЕЦН ХЯЯКЕДНБЮМХИ Б МЮСЙЕ ОНЪБХКЮЯЭ МНБЮЪ НАКЮЯРЭ, МЮГБЮММЮЪ ТЕЛРНУХЛХЕИ. нЯМНБЮ ЩРНЦН ЛЕРНДЮ – КЮГЕПМЮЪ РЕУМНКНЦХЪ, Б ЙНРНПНИ ХЯОНКЭГСЧРЯЪ ХЛОСКЭЯШ ЯБЕРЮ, ДКХРЕКЭМНЯРЭ ЙНРНПШУ МХВРНФМН ЛЮКЮ Х ХГЛЕПЪЕРЯЪ ТЕЛРНЯЕЙСМДЮЛХ. пЕЮЙЖХЪ ХМХЖХХПСЕРЯЪ ЯХКЭМНИ КЮГЕПМНИ БЯОШЬЙНИ, Ю ГЮРЕЛ ХГСВЮЕРЯЪ, ВРН ФЕ ОПНХЯУНДХР ДЮКЭЬЕ – Я ОНЛНЫЭЧ ЯЕПХХ АШЯРПН ЯКЕДСЧЫХУ ДПСЦ ГЮ ДПСЦНЛ КЮГЕПМШУ ХЛОСКЭЯНБ, ЙНРНПШЕ «ЯКЕДЪР» ГЮ ПЮГБХРХЕЛ ОПНЖЕЯЯЮ. сФЕ ОЕПБШЕ ЩЙЯОЕПХЛЕМРШ ОПНДЕЛНМЯРПХПНБЮКХ Б «ГЮЛЕДКЕММНИ ЯЗЕЛЙЕ», ЙЮЙ ПЮЯРЪЦХБЮЧРЯЪ Х ГЮРЕЛ ПЮГПШБЮЧРЯЪ УХЛХВЕЯЙХЕ ЯБЪГХ Б ДНБНКЭМН ОПНЯРШУ ПЕЮЙЖХЪУ; ГЮ МХЛХ БЯЙНПЕ ОНЯКЕДНБЮКХ ХЯЯКЕДНБЮМХЪ АНКЕЕ ЯКНФМШУ ОПНЖЕЯЯНБ. оПХ ЩРНЛ ВЮЯРН ОНКСВЮКХЯЭ СДХБХРЕКЭМШЕ ПЕГСКЭРЮРШ, Х УНД ПЕЮЙЖХХ МЕ БЯЕЦДЮ НЙЮГШБЮКЯЪ РЮЙХЛ, ЙНРНПШИ НФХДЮКХ СБХДЕРЭ.

бНР ВРН ЯЙЮГЮК Н ПЮАНРЕ гЕБЮИКЮ МЮ ЖЕПЕЛНМХХ ЕЦН МЮЦПЮФДЕМХЪ мНАЕКЕБЯЙНИ ОПЕЛХЕИ Б 1999 ЦНДС ЬБЕДЯЙХИ ОПНТЕЯЯНП аЕМЦР мНПДЕМ. дКЪ УХЛХЙНБ ХЯЙКЧВХРЕКЭМН БЮФМН ХЛЕРЭ ДЕРЮКЭМНЕ ОПЕДЯРЮБКЕМХЕ Н ОПНРЕЙЮМХХ УХЛХВЕЯЙНИ ПЕЮЙЖХХ Х СЛЕРЭ ОПЕДЯЙЮГШБЮРЭ ЕЕ МЮОПЮБКЕМХЕ. хЯОНКЭГНБЮМХЕ гЕБЮИКНЛ КЮГЕПНБ Я НВЕМЭ ЙНПНРЙХЛХ ХЛОСКЭЯЮЛХ ЛНФМН ЯНОНЯРЮБХРЭ Я ХЯОНКЭГНБЮМХЕЛ цЮКХКЕЕЛ РЕКЕЯЙНОЮ, ЙНРНПШИ НМ МЮОПЮБКЪК МЮ БЯ╦, ВРН ГЮФХЦЮКНЯЭ МЮ МНВМНЛ МЕАНЯБНДЕ. гЕБЮИК РНФЕ ЯРЮПЮКЯЪ МЮОПЮБХРЭ ЯБНИ ТЕЛРНЯЕЙСМДМШИ КЮГЕП АСЙБЮКЭМН МЮ БЯ╦, ВРН ДБХФЕРЯЪ Б ЛХПЕ ЛНКЕЙСК. х НМ МЮОПЮБХК ЕЦН Й ЦНПХГНМРЮЛ ЯНБПЕЛЕММНИ МЮСЙХ. тЕЛРНУХЛХЪ МЮЬКЮ ОПХЛЕМЕМХЕ МЕ РНКЭЙН БН БЯЕУ ПЮГДЕКЮУ УХЛХХ, МН Х Б ЯЛЕФМШУ Я МЕИ НАКЮЯРЪУ, РЮЙХУ ЙЮЙ МЮСЙЮ Н ЛЮРЕПХЮКЮУ Х АХНКНЦХЪ. тЕЛРНУХЛХЪ ПЮДХЙЮКЭМН ХГЛЕМХКЮ МЮЬ БГЦКЪД МЮ УХЛХВЕЯЙХЕ ПЕЮЙЖХХ. рСЛЮМ, ЙНРНПШИ ЯНРМХ КЕР ЯЙПШБЮК ОЕПЕУНДМНЕ ЯНЯРНЪМХЕ, ПЮЯЯЕЪКЯЪ. яЕИВЮЯ ФЕ ЛШ ЛНФЕЛ ХГСВЮРЭ ПЕЮКЭМШЕ ДБХФЕМХЪ ЮРНЛНБ Б ЛНКЕЙСКЮУ. лШ ЛНФЕЛ ЦНБНПХРЭ НА ХУ ДБХФЕМХХ БН БПЕЛЕМХ Х Б ОПНЯРПЮМЯРБЕ РЮЙ, ЙЮЙ АСДРН ЛШ ХУ ДЕИЯРБХРЕКЭМН БХДХЛ. нМХ АНКЭЬЕ МЕ ЪБКЪЧРЯЪ МЕБХДХЛЙЮЛХ.

↑вРН ХГСВЮЕР УХЛХВЕЯЙЮЪ ЙХМЕРХЙЮ

бН БРНПНИ ОНКНБХМЕ XIX БЕЙЮ АШКЮ ПЮГПЮАНРЮМЮ БЮФМЕИЬЮЪ ЦКЮБЮ ТХГХВЕЯЙНИ УХЛХХ – СВЕМХЕ Н ПЮБМНБЕЯХЪУ УХЛХВЕЯЙХУ ПЕЮЙЖХИ; ЩРЮ МЮСЙЮ ОНКСВХКЮ МЮГБЮМХЕ УХЛХВЕЯЙНИ РЕПЛНДХМЮЛХЙХ. хЯОНКЭГСЪ ЕЕ ЛЕРНДШ, ЯРЮКН БНГЛНФМШЛ РЕНПЕРХВЕЯЙХ, МЮ НЯМНБЮМХХ ПЮЯВЕРНБ, ДЕКЮРЭ БШБНДШ Н ОПХМЖХОХЮКЭМНИ БНГЛНФМНЯРХ ХКХ МЕБНГЛНФМНЯРХ ОПНРЕЙЮМХЪ ЙНМЙПЕРМНИ ПЕЮЙЖХХ Б ДЮММШУ СЯКНБХЪУ. нДМЮЙН НВЕМЭ ЛМНЦХЕ «ОПХМЖХОХЮКЭМН БНГЛНФМШЕ» ПЕЮЙЖХХ МЮ ЯЮЛНЛ ДЕКЕ МЕ ХДСР. бЕПМЕЕ, НМХ ХДСР Я ОПЕМЕАПЕФХЛН ЛЮКНИ ЯЙНПНЯРЭЧ. нДМЮЙН ОПХ ХГЛЕМЕМХХ СЯКНБХИ ПЕЮЙЖХЪ ЛНФЕР ОНИРХ АШЯРПН, Ю ХМНЦДЮ ДЮФЕ ЯН БГПШБНЛ. рЮЙ, ЙСЯНЙ СЦКЪ ХКХ ЯЕПШ МЮ БНГДСУЕ МЕ ХГЛЕМЪЕРЯЪ БЕЙЮЛХ, МН ОПХ БШЯНЙНИ РЕЛОЕПЮРСПЕ КЕЦЙН ХДЕР ХУ ПЕЮЙЖХЪ Я ЙХЯКНПНДНЛ – ЦНПЕМХЕ. ю ЛЕКЙЮЪ СЦНКЭМЮЪ ОШКЭ, ПЮЯЯЕЪММЮЪ Б БНГДСУЕ, ЛНФЕР ДЮФЕ БГПШБЮРЭЯЪ, ВРН ХМНЦДЮ ЯКСВЮЕРЯЪ Б ЬЮУРЮУ, БШГШБЮЪ НЦПНЛМШЕ ПЮГПСЬЕМХЪ. дПСЦНИ ОПХЛЕП: ФЕКЕГМШИ КХЯР ОПЮЙРХВЕЯЙХ МЕ ХГЛЕМЪЕРЯЪ Б ЯСУНЛ БНГДСУЕ, Б ОПХЯСРЯРБХХ БКЮЦХ ХДЕР ЛЕДКЕММЮЪ ПЕЮЙЖХЪ ЙНППНГХХ, Ю НВЕМЭ ЛЕКЙХИ ОНПНЬНЙ ФЕКЕГЮ БЯОШУХБЮЕР МЮ БНГДСУЕ! еЫЕ АНКЕЕ СДХБХРЕКЭМШИ ОПХЛЕП: ЦПЕЛСВХИ ЦЮГ (ЯЛЕЯЭ БНДНПНДЮ Я ЙХЯКНПНДНЛ) ЛНФЕР ЯНУПЮМЪРЭЯЪ МЕНОПЕДЕКЕММН ДНКЦН Б НРЯСРЯРБХЕ БМЕЬМХУ БНГДЕИЯРБХИ, МН ЛЮКЕИЬЮЪ ХЯЙПЮ ОПХБНДХР Й ЛНЫМНЛС БГПШБС. щРС ПЕЮЙЖХЧ ЛНФЕР «ГЮОСЯРХРЭ» РЮЙФЕ ОПХЯСРЯРБХЕ НЯНАШУ БЕЫЕЯРБ – ЙЮРЮКХГЮРНПНБ, МЮОПХЛЕП, ЛЕКЙНПЮГДПНАКЕММНИ ОКЮРХМШ.

бНР ЕЫЕ ДБЮ ОПХЛЕПЮ ДПЮЛЮРХВЕЯЙНЦН БНГДЕИЯРБХЪ СЯКНБХИ МЮ ЯЙНПНЯРЭ ПЕЮЙЖХХ. пЕЮЙЖХЪ БНДНПНДЮ Я УКНПНЛ Б РЕЛМНРЕ ОПХ ЙНЛМЮРМНИ РЕЛОЕПЮРСПЕ МЕ ХДЕР. оПХ МЮЦПЕБЮМХХ ХКХ НЯБЕЫЕМХХ ЩРЮ ПЕЮЙЖХЪ ЛНФЕР ХДРХ ЯОНЙНИМН, МН ОПХ ОЕПЕЦПЕБЕ ХКХ ОПХ НАКСВЕМХХ ЛНЫМШЛ ХЯРНВМХЙНЛ СКЭРПЮТХНКЕРЮ ЯЛЕЯЭ БГПШБЮЕРЯЪ. цЮГННАПЮГМШИ ЮЖЕРХКЕМ Б НАШВМШУ СЯКНБХЪУ БОНКМЕ ЯРЮАХКЕМ, УНРЪ ПЕЮЙЖХЪ ЕЦН ПЮГКНФЕМХЪ МЮ СЦКЕПНД Х БНДНПНД: C₂H₂ → 2C + H₂ МЕ РНКЭЙН ПЮГПЕЬЕМЮ РЕПЛНДХМЮЛХВЕЯЙХ, МН Х ЯНОПНБНФДЮЕРЯЪ ГМЮВХРЕКЭМШЛ БШДЕКЕМХЕЛ ЩМЕПЦХХ. дЕИЯРБХРЕКЭМН, ОПХ БШЯНЙХУ ДЮБКЕМХЪУ, ЮЖЕРХКЕМ БГПШБЮЕРЯЪ, ОНЩРНЛС, Б НРКХВХЕ НР ЮГНРЮ, ЙХЯКНПНДЮ, ЛМНЦХУ ДПСЦХУ ЦЮГНБ, ЮЖЕРХКЕМ МХЙНЦДЮ МЕ ГЮЙЮВХБЮЧР Б АЮККНМШ ОНД ДЮБКЕМХЕЛ 150 ЮРЛ.

оНВЕЛС ФЕ ДКЪ НЯСЫЕЯРБКЕМХЪ ЩРХУ Х ЛМНЦХУ ДПСЦХУ ПЕЮЙЖХИ МЕНАУНДХЛШ ЯОЕЖХЮКЭМШЕ БНГДЕИЯРБХЪ – МЮЦПЕБЮМХЕ, НАКСВЕМХЕ, ДЕИЯРБХЕ ЙЮРЮКХГЮРНПНБ? уХЛХВЕЯЙЮЪ РЕПЛНДХМЮЛХЙЮ МЕ ДЮЕР НРБЕРЮ МЮ ЩРНР БНОПНЯ – ОНМЪРХЕ БПЕЛЕМХ Б МЕИ НРЯСРЯРБСЕР. б РН ФЕ БПЕЛЪ ДКЪ ОПЮЙРХВЕЯЙХУ ЖЕКЕИ НВЕМЭ БЮФМН ГМЮРЭ, ОПНИДЕР КХ ДЮММЮЪ ПЕЮЙЖХЪ ГЮ ЯЕЙСМДС, ГЮ ЦНД ХКХ ФЕ ГЮ ЛМНЦХЕ РШЯЪВЕКЕРХЪ.

нОШР ОНЙЮГШБЮЕР, ВРН ДЮФЕ Б НДМХУ Х РЕУ ФЕ СЯКНБХЪУ ЯЙНПНЯРЭ ПЮГМШУ ПЕЮЙЖХИ ЛНФЕР НРКХВЮРЭЯЪ НВЕМЭ ЯХКЭМН. оПЮЙРХВЕЯЙХ ЛЦМНБЕММН ХДСР ЛМНЦХЕ ПЕЮЙЖХХ Б БНДМШУ ПЮЯРБНПЮУ. рЮЙ, ОПХ ДНАЮБКЕМХХ Й ЫЕКНВМНЛС ПЮЯРБНПС ТЕМНКТРЮКЕХМЮ (НМ ХЛЕЕР ЛЮКХМНБШИ ЖБЕР) ХГАШРЙЮ ЙХЯКНРШ ПЮЯРБНП ЛЦМНБЕММН НАЕЯЖБЕВХБЮЕРЯЪ. оПХ ЯЛЕЬЕМХХ ПЮЯРБНПНБ МХРПЮРЮ ЯЕПЕАПЮ Х УКНПХДЮ МЮРПХЪ (ОНБЮПЕММНИ ЯНКХ) ЯПЮГС ФЕ НАПЮГСЕРЯЪ АЕКШИ НЯЮДНЙ УКНПХДЮ ЯЕПЕАПЮ (ЩРЮ ПЕЮЙЖХЪ ХЯОНКЭГСЕРЯЪ ДКЪ НАМЮПСФЕМХЪ ЯЕПЕАПЮ Б ЯОКЮБЮУ). гМЮВХРЕКЭМН ЛЕДКЕММЕЕ ХДЕР ПЕЮЙЖХЪ НЙХЯКЕМХЪ БНДМНЦН ПЮЯРБНПЮ ХНДХДЮ ЙЮКХЪ ЙХЯКНПНДНЛ БНГДСУЮ: ФЕКРЮЪ НЙПЮЯЙЮ ОПНДСЙРЮ ПЕЮЙЖХХ – ХНДЮ ОНЪБКЪЕРЯЪ КХЬЭ ВЕПЕГ ОПНДНКФХРЕКЭМНЕ БПЕЛЪ. лЕДКЕММН ОПНРЕЙЮЧР ЛМНЦХЕ ДПСЦХЕ ОПНЖЕЯЯШ.

оПЕДЯЙЮГЮМХЕ ЯЙНПНЯРХ УХЛХВЕЯЙНИ ПЕЮЙЖХХ, Ю РЮЙФЕ БШЪЯМЕМХЕ ГЮБХЯХЛНЯРХ ЩРНИ ЯЙНПНЯРХ НР СЯКНБХИ ОПНБЕДЕМХЪ ПЕЮЙЖХХ – НДМЮ ХГ БЮФМШУ ГЮДЮВ УХЛХВЕЯЙНИ ЙХМЕРХЙХ. еЫЕ АНКЕЕ БЮФМЮЪ ГЮДЮВЮ – ХГСВЕМХЕ ЛЕУЮМХГЛЮ УХЛХВЕЯЙХУ ПЕЮЙЖХИ, РН ЕЯРЭ ДЕРЮКЭМНЦН ОСРХ ОПЕБПЮЫЕМХЪ ХЯУНДМШУ БЕЫЕЯРБ Б ОПНДСЙРШ ПЕЮЙЖХХ. бН ЛМНЦХУ ЯКСВЮЪУ ЩРН НВЕМЭ РПСДМЮЪ ГЮДЮВЮ. мЕДЮПНЛ ГЮ ЕЕ ПЕЬЕМХЕ АШКЮ ОПХЯСФДЕМЮ МЕ НДМЮ мНАЕКЕБЯЙЮЪ ОПЕЛХЪ ОН УХЛХХ. нДМС ХГ МХУ, ГЮ ХГСВЕМХЕ ЖЕОМШУ ПЕЮЙЖХИ, ОНКСВХК НРЕВЕЯРБЕММШИ УХЛХЙ мХЙНКЮИ мХЙНКЮЕБХВ яЕЛЕМНБ. ю ОНЯКЕДМЪЪ мНАЕКЕБЯЙЮЪ ОПЕЛХЪ Б ЩРНИ НАКЮЯРХ АШКЮ ОПХЯСФДЕМЮ Б 2007 ЦНДС; ЕЕ ОНКСВХК МЕЛЕЖЙХИ ХЯЯКЕДНБЮРЕКЭ цЕПУЮПД щПРКЭ.

Исторический очерк

Пер­вые ки­не­тич. ис­сле­до­ва­ния с из­ме­ре­ни­ем ско­ро­сти хи­мич. ре­ак­ции вы­пол­ни­ли Л. Виль­гель­ми (пред­ло­жил ма­те­ма­тич. вы­ра­же­ние для ско­ро­сти ре­ак­ции гид­ро­ли­за са­ха­ро­зы, 1850), М. Берт­ло совм. со сво­им уче­ни­ком Л. Пе­ан де Сен-Жи­лем (ус­та­но­ви­ли влия­ние на рав­но­ве­сие масс ве­ществ в ре­ак­ци­он­ной сме­си, 1862–63). В 1864–1867 К. Гульд­берг и П. Ваа­ге сфор­му­ли­ро­ва­ли дей­ст­вую­щих масс за­кон. В 1884 Я. Вант-Гофф по­лу­чил фор­му­лы, опи­сы­ваю­щие ки­не­ти­ку про­те­ка­ния мо­но-, би- и три­мо­ле­ку­ляр­ных ре­ак­ций, и обоб­щил экс­пе­рим. дан­ные в пер­вой мо­но­гра­фии по К. х. В 1889 С. Ар­ре­ни­ус сфор­му­ли­ро­вал за­кон тем­пе­ра­тур­ной за­ви­си­мо­сти кон­стан­ты ско­ро­сти про­стых ре­ак­ций. В 1870-х гг. Н. А. Мен­шут­кин вы­пол­нил се­рию ки­не­тич. ис­сле­до­ва­ний, ввёл (1888) в отеч. на­уч. лит-ру тер­мин «хи­ми­че­ская ки­не­ти­ка». Пред­став­ле­ния о важ­ной ро­ли про­ме­жу­точ­ных про­дук­тов в про­те­ка­нии слож­ных ре­ак­ций вве­де­ны в К. х. в пе­рок­сид­ной тео­рии окис­ле­ния Ба­ха – Энг­ле­ра (1897) и в тео­рии со­пря­жён­ных ре­ак­ций Лю­те­ра – Ши­ло­ва (1903–05). Не­раз­ветв­лён­ные цеп­ные ре­ак­ции от­кры­ты М. Бо­ден­штей­ном (1913), раз­ветв­лён­ные – Н. Н. Се­мё­но­вым и С. Хин­шел­ву­дом (1926–28). Важ­ный вклад в раз­ви­тие ки­не­ти­ки цеп­ных ре­ак­ций вне­сли В. Н. Кон­д­рать­ев, В. В. Вое­вод­ский, Н. М. Эма­ну­эль и др. В 1930-х гг. Э. Виг­не­ром, М. По­ла­ни, М. Эван­сом, Г. Эй­рин­гом раз­ра­бо­та­на тео­рия ак­ти­ви­ро­ван­но­го ком­плек­са. Ста­ти­стич. тео­рия Рай­са – Рам­спер­ге­ра – Кас­се­ля – Мар­ку­са (со­кра­щён­но РРКМ) для рас­чё­та кон­стан­ты ско­ро­сти мо­но­мо­ле­ку­ляр­ных ре­ак­ций в га­зах раз­ви­ва­лась в 1927–52. Су­ще­ст­вен­ным ша­гом в изу­че­нии ки­не­ти­ки бы­ст­рых хи­мич. ре­ак­ций и ре­ги­ст­ра­ции ко­рот­ко­жи­ву­щих про­ме­жу­точ­ных про­дук­тов ста­ли раз­ра­бо­тан­ные в сер. 20 в. ме­то­ды им­пульс­но­го фо­то­ли­за (Р. Нор­риш, Дж. Пор­тер, 1950) и им­пульс­но­го ра­дио­ли­за; им­пульс­ная спек­тро­ско­пия с фем­то­се­кунд­ным раз­ре­ше­ни­ем раз­ра­бо­та­на А. Зи­вей­лом в 1987. В 1956 Р. Мар­ку­сом пред­ло­же­на тео­ретич. мо­дель для рас­чё­та кон­стан­ты ско­ро­сти ре­ак­ции пе­ре­но­са элек­тро­на в жид­ких рас­тво­рах. Раз­ви­тие в сер. 20 в. хи­мич. мак­ро­ки­не­ти­ки, в ча­ст­но­сти тео­ре­тич. мо­де­лей хи­мич. взры­ва и го­ре­ния, свя­за­но с име­на­ми Д. А. Франк-Ка­ме­нец­ко­го и Я. Б. Зель­до­ви­ча. От­кры­тие (Б. П. Бе­ло­усов, 1951) и изу­че­ние (А. М. Жа­бо­тин­ский, 1961) ко­ле­ба­тель­ных ре­ак­ций по­слу­жи­ло толч­ком к изу­че­нию не­ли­ней­ных эф­фек­тов в хи­мии. 

1.3. Молекулярность и порядок реакции

            Число молекул, вступающих в
реакцию, определяют молекулярность реакции.

    Так, если в реакцию вступает одна молекула, то
такая реакция называется молекулярной реакцией. Если в реакции участвуют две
молекулы (безразлично, одинаковые или нет), то такая реакция называется бимолекулярной.
Встречаются также тримолекулярные реакции.

    Реакции более высокой степени молекулярности
крайне редки из–за малой вероятности одновременного столкновения большого числа
молекул.

    Поэтому большинство реакций протекают в
несколько элементарных, простых стадий, в которых участвует небольшое число
молекул.

     Так, например, рассмотренная выше реакция

протекает по следующему механизму:

первая стадия

вторая стадия (медленная)

третья стадия

   
 Определить такие стадии – значит определить механизм, или путь реакции.

    Скорость
всей реакции определяется скоростью её наиболее медленной стадии, которая и
определяет механизм.

    Поэтому закон действующих масс справедлив только
для таких элементарных стадий.

    Молекулярность реакции легко определить в случае
простых реакций, протекающих в одну стадию. В большинстве же случаев довольно
трудно найти молекулярность реакции.

      Поэтому вводится понятие порядка реакции,
который можно найти из кинетических уравнений, полученных экспериментально.

    Порядок реакции по данному веществу равен
степени, в которой концентрация данного вещества входит в уравнение скорости
реакции.

     Сумма показателей степеней, в которых
концентрация всех исходных веществ входит  уравнение скорости реакции, равна
порядку реакции в целом. Порядок химической реакции по веществу совпадает со
стехиометрическим коэффициентом реакции  лишь в очень простых реакциях,
например в реакции синтеза йодистого водорода:

                 H₂
+ I₂
2HI.

    Порядок этой  реакции по водороду (первый) и
йоду (первый) равны стехиометрическими коэффициентами, а общий  порядок реакции
(второй) равен сумме стехиометрических коэффициентов в уравнении скорости
реакции

             В подавляющем большинстве
случаев порядок реакции по веществу отличается от стехиометрических
коэффициентов уравнения реакции для этого вещества.

   Соответственно общий порядок реакции обычно не
равен сумме стехиометрических коэффициентов уравнения реакции.

    Например, реакция

NO₂ + CO CO₂ + NO,

при
температурах, меньших 298К, протекает по следующему механизму:

первая
стадия процесса: NO₂
+ NO₂ NO₃ + NO

вторая
стадия процесса:  NO₃
+ CO CO₂ + NO_2,

причем лимитирующей, т.е. скорость определяющей
стадией является первая  стадия процесса:

NO₂ + NO₂ NO₃ + NO

   Тогда, согласно первому постулату химической
кинетики, который утверждает, что скорость всей реакции равна скорости его
самой медленной стадии, можно записать:

            
        ,

где- скорость первой стадии
процесса.

   Согласно второму постулату химической кинетики, который
утверждает, что скорость элементарной (одностадийной) реакции пропорциональна
концентрации реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим
коэффициентам, получим зависимость скорости реакции           

NO₂ + CO CO₂ + NO

 от
концентрации реагирующих веществ:            

   
Обратите внимание, что скорость реакции

NO₂ + CO CO₂ + NO

не зависит от концентрации оксида углерода CO.

   Уравнение, выражающее зависимость скорости
реакции от концентрации каждого вещества, называют кинетическим уравнением
реакции в дифференциальной форме.

    К сожалению, кинетическое уравнение реакции
может быть получено только при её экспериментальном изучении и не может быть
выведено из стехиометрического  уравнения.

Экспериментальные методы химической кинетики

Экспериментальные методы химической кинетики подразделяются на химические, физические, биохимические в зависимости от способа измерения количества вещества или его концентрации в ходе реакции.

К химическим относятся методы кинетики, основанные на традиционных способах количественного химического анализа — титриметрических, гравиметрических и др.

В современной экспериментальной кинетике к числу наиболее широко применяемых физических методов относятся различные спектральные методы. Эти методы основаны на измерениях, как правило спектров поглощения реагентов или продуктов в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях. Широко используют также спектры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР)[страница не указана 1208 дней].

Катализ

Катализ — процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами. Каталитические реакции — реакции, протекающие в присутствии катализаторов.

Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает, отрицательным (ингибированием) — при котором она убывает. Примером положительного катализа может служить процесс окисления аммиака на платине при получении азотной кислоты. Примером отрицательного — снижение скорости коррозии при введении в жидкость, в которой эксплуатируется металл, нитрит натрия, хромат и дихромат калия.

Многие важнейшие химические производства, такие, как получение серной кислоты, аммиака, азотной кислоты, синтетического каучука, ряда полимеров и др., проводятся в присутствии катализаторов.

Катализ в биохимии

Ферментативный катализ неразрывно связан с жизнедеятельностью организмов растительного и животного мира. Многие жизненно важные химические реакции, протекающие в клетке (что-то около десяти тысяч), управляются особыми органическими катализаторами, именуемыми ферментами или энзимами. Термину «особый» не следует уделять пристального внимания, так как уже известно, из чего построены эти ферменты. Природа избрала для этого один-единственный строительный материал — аминокислоты и соединила их в полипептидные цепи различной длины и в разной последовательности.

Это так называемая первичная структура фермента, где R — боковые остатки, или важнейшие функциональные группы белков, возможно, выступающие в качестве активных центров ферментов. На эти боковые группы и ложится основная нагрузка при работе фермента, пептидная же цепь играет роль опорного скелета. Согласно структурной модели Полинга — Кори, она свернута в спираль, которая в обычном состоянии стабилизирована водородными связями между кислотными и основными центрами:

Для некоторых ферментов установлены полный аминокислотный состав и последовательность расположения их в цепи, а также сложная пространственная структура. Но это всё же очень часто не может помочь нам ответить на два главных вопроса:

1. почему ферменты так избирательны и ускоряют химические превращения молекул только вполне определённой структуры (которая нам тоже известна)?
2. каким образом фермент снижает энергетический барьер, то есть выбирает энергетически более выгодный путь, благодаря чему реакции могут протекать при обычной температуре?

Строгая избирательность и высокая скорость — два основных признака ферментативного катализа, отличающие его от лабораторного и производственного катализа. Ни один из созданных руками человека катализаторов (за исключением, пожалуй, 2-оксипиридина) не может сравниться с ферментами по силе и избирательности воздействия на органические молекулы.

Активность фермента, как и любого другого катализатора, тоже зависит от температуры: с повышением температуры возрастает и скорость ферментативной реакции

При этом обращает на себя внимание резкое снижение энергии активации Е по сравнению с некаталитической реакцией. Правда, это происходит не всегда

Известно много случаев, когда скорость возрастает благодаря увеличению не зависящего от температуры предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса.

Типы ферментативных реакций

• Тип «пинг-понг» — фермент сначала взаимодействует с субстратом А, отбирая у него какие либо химические группы и превращая в соответствующий продукт. Затем к ферменту присоединяется субстрат В, получающий эти химические группы. Примером являются реакции переноса аминогрупп от аминокислот на кетокислоты: трансаминирование.
• Тип последовательных реакций — к ферменту последовательно присоединяются субстраты А и В, образуя «тройной комплекс», после чего осуществляется катализ. Продукты реакции также последовательно отщепляются от фермента.
• Тип случайных взаимодействий — субстраты А и В присоединяются к ферменту в любом порядке, неупорядоченно, и после катализа так же отщепляются.

использованная литература

1. СМ. Гульдберг и П. Вааге, «Исследования, касающиеся аффинити» Форхэндлинг и Виденскабс-Сельскабет и Христиания (1864), 35
2. П. Вааге, «Эксперименты по определению закона сродства»,Форхэндлинг и Виденскабс-Сельскабет и Христиания, (1864) 92.
3. СМ. Гульдберг, «О законах химического сродства», Форхэндлинг и Виденскабс-Сельскабет и Христиания (1864) 111
4. Лайдлер, К. Дж. Химическая кинетика (3-е изд., Харпер и Роу, 1987) с.42. ISBN  0-06-043862-2
5. ^ Лайдлер, К. Дж. Химическая кинетика (3-е изд., Харпер и Роу, 1987) стр. 33-39. ISBN  0-06-043862-2
6. Эспенсон, Дж. Химическая кинетика и механизмы реакций (2-е изд., McGraw-Hill 2002), стр.254-256. ISBN  0-07-288362-6
7. ^ Аткинс П. и де Паула Дж., Физическая химия (8-е изд., W.H. Freeman 2006) с.793. ISBN  0-7167-8759-8
8. Эспенсон, Дж. Химическая кинетика и механизмы реакций (2-е изд., McGraw-Hill 2002), стр.256-8. ISBN  0-07-288362-6
9. Стейнфельд Дж. И., Франсиско Дж. С. и Hase W.L. Химическая кинетика и динамика (2-е изд., Прентис-Холл 1999) с.140-3 ISBN  0-13-737123-3
10. ^ Аткинс П. и де Паула Дж., Физическая химия (8-е изд., W.H. Freeman, 2006), стр. 805-7. ISBN  0-7167-8759-8
11. Лайдлер, К.Дж. Химическая кинетика (3-е изд., Харпер и Роу, 1987) с.359-360. ISBN  0-06-043862-2
12. Эспенсон, Дж. Химическая кинетика и механизмы реакций (2-е изд., McGraw-Hill 2002), стр.264-6. ISBN  0-07-288362-6
13. Стейнфельд Дж. И., Франсиско Дж. С. и Hase W.L. Химическая кинетика и динамика (2-е изд., Prentice-Hall 1999) с.94-97. ISBN  0-13-737123-3

Экспериментальные методы

Система кинетики реакций Spinco Division Model 260 измеряет точные константы скорости молекулярных реакций.

Экспериментальное определение скорости реакции включает в себя измерение того, как концентрации реагентов или продуктов меняются с течением времени. Например, концентрацию реагента можно измерить с помощью спектрофотометрия на длине волны, при которой никакой другой реагент или продукт в системе не поглощает свет.

Для реакций, которые занимают не менее нескольких минут, можно начать наблюдения после того, как реагенты были смешаны при интересующей температуре.

Быстрые реакции

Для более быстрых реакций время, необходимое для смешивания реагентов и доведения их до заданной температуры, может быть сопоставимым или более длительным, чем период полураспада реакции. Специальные методы для запуска быстрых реакций без этапа медленного перемешивания включают:

• Прекращенный поток методы, которые могут сократить время смешивания до миллисекунды Методы с остановленным потоком имеют ограничение, например, нам необходимо учитывать время, необходимое для смешивания газов или растворов, и они не подходят, если период полураспада составляет менее примерно сотой доли секунды.
• Химическая релаксация такие методы как скачок температуры и скачок давления, в котором предварительно смешанная система, изначально находящаяся в равновесии, возмущается быстрым нагревом или сбросом давления, так что она больше не находится в равновесии, и наблюдается возврат к равновесию. Например, этот метод был использован для изучения нейтрализация ЧАС₃О+ + ОН− с периодом полураспада 1 мкс или менее при обычных условиях.
• Флэш-фотолиз, в котором лазерный импульс производит высоковозбужденные частицы, такие как свободные радикалы, чьи реакции затем изучаются.

Приложения и модели

Математические модели, описывающие кинетику химических реакций, предоставляют химикам и инженерам-химикам инструменты для лучшего понимания и описания химических процессов, таких как разложение пищевых продуктов, рост микроорганизмов, разложение стратосферного озона и химия биологических систем. Эти модели также могут использоваться при проектировании или модификации химических реакторов для оптимизации выхода продукта, более эффективного разделения продуктов и устранения побочных продуктов, вредных для окружающей среды. Например, при каталитическом крекинге тяжелых углеводородов в бензин и легкий газ можно использовать кинетические модели для определения температуры и давления, при которых будет происходить самый высокий выход тяжелых углеводородов в бензин.

Химическая кинетика часто проверяется и исследуется путем моделирования в специализированных пакетах как функция решения обыкновенных дифференциальных уравнений (решение ОДУ) и подбора кривой .

Численные методы

В некоторых случаях уравнения неразрешимы аналитически, но могут быть решены с использованием численных методов, если указаны значения данных. Это можно сделать двумя разными способами: с помощью программного обеспечения или математических методов, таких как метод Эйлера . Примеры программного обеспечения для химической кинетики: i) Tenua, приложение Java , которое численно моделирует химические реакции и позволяет сравнивать моделирование с реальными данными, ii) кодирование Python для расчетов и оценок и iii) программный компилятор Kintecus для моделирования, регрессии, соответствия и оптимизировать реакции.

-Численное интегрирование: для реакции 1-го порядка A-> B

Дифференциальное уравнение реагента A:

dАdтзнак равно—kА{\ Displaystyle д / dt = -k \ qquad \ qquad}

Это также может быть выражено как:

dАdтзнак равнож(т,А){\ Displaystyle д / dt = е (т, ) \ qquad \ qquad} который совпадает с у′знак равнож(у,Икс){\ Displaystyle у ‘= е (у, х) \ qquad \ qquad}

Для решения дифференциальных уравнений методами Эйлера и Рунге-Кутта нам нужны начальные значения.

Метод Эйлера → простой, но неточный.

В любой момент у′знак равнож(у,Икс){\ Displaystyle у ‘= е (у, х) \ qquad \ qquad} такой же как;

у′знак равноdуdИкс{\ displaystyle y ‘= dy / dx \ qquad \ qquad}

Мы можем аппроксимировать дифференциалы как дискретные возрастания:

у′знак равноdуdИкс{\ displaystyle y ‘= dy / dx \ qquad \ qquad} ≃ ∆y / ∆x = / ∆x

Неизвестная часть уравнения — это y (x + Δx), которую можно найти, если у нас есть данные начальных значений.

Методы Рунге-Кутты → точнее метода Эйлера.

В этом методе требуется начальное условие: y = y0 при x = x0. Предлагается найти значение y, когда x = x0 + h, где h — заданная константа.

Аналитически можно показать, что ордината в этот момент кривой, проходящей через (x0, y0), задается формулой Рунге-Кутты третьего порядка.

В одинарных уравнениях первого порядка метод Рунге-Кутта использует математическую модель, которая представляет взаимосвязь между температурой и скоростью реакции. Стоит рассчитать скорость реакции при разных температурах для разных концентраций. Полученное уравнение:dрdтзнак равнорТ+рΔЧАС∘рТ2{\ displaystyle dr / dt = R / T + r \ Delta H ^ {\ circ} / RT ^ {2}}

Стохастические методы → вероятности дифференциальных законов скорости и кинетических констант.

В равновесной реакции с направленными и обратными константами скорости легче перейти от A к B, чем от B к A.

Что касается вычислений вероятности, каждый раз он выбирает случайное число для сравнения с порогом, чтобы узнать, идет ли реакция от A до B или наоборот.

Глава 1. Основы химической кинетики

1.1. 
Основные понятия

Химическая кинетика — это наука о скоростях и механизмах
химических превращений. Вещества, принимающие участие в химическом превращении,
подразделяются на исходные, промежуточные и конечные
вещества. Такое разделение условно. В действительности все химические реакции
обратимы. Конечным состоянием химической системы является состояние равновесия,
в котором присутствуют как конечные продукты, так и исходные и промежуточные вещества
(хотя бы в малых количествах).

1.2. Стехиометрическое уравнение реакции

Пусть в реакцию вступают  молекул типа ,  молекул
типа , … ,  молекул
типа , и при этом продуктами реакции являются  молекул типа , молекул типа , … ,  молекул типа :

                                                 
(1.1)

Выражение (1.1)
называется стехиометрическим уравнением реакции, а числа  и  —
стехиометрическими коэффициентами.

1.3.
Простые (элементарные) и сложные химические процессы, механизм реакции

Реакция, описывающаяся стехиометрическим уравнением (1.1), называется простой
(элементарной), если она протекает в одну стадию, т.е.
при одновременном взаимодействии  молекул. В этом случае
стехиометрическое уравнение реакции уже является однозначным. Его следует
записывать так, как протекает химическая реакция.

Реакция, протекающая в несколько стадий, называется сложной.
Совокупность элементарных стадий сложной химической реакции называется ее механизмом.
Стехиометрическое уравнение сложной химической реакции стараются записать так,
чтобы стехиометрические коэффициенты были по возможности целочисленными и
небольшой величины.

1.4. Гомогенные и гетерогенные реакции

Химическая реакция называется гомогенной, если все ее
стадии протекают в пределах одной фазы. Реакция называется гетерогенной,
если  хотя бы одна ее стадия протекает на поверхности раздела фаз (например,
каталитические реакции).

1.5. Замкнутые и открытые системы

В замкнутых системах отсутствует материальный обмен с
окружающей средой. Система называется открытой, если возможен
обмен с окружающей средой.

1.6. Скорость химической реакции

Скорость реакции характеризует скорость изменения
концентраций реагирующих веществ и продуктов реакции во времени. Если реакция
представлена стехиометрическим уравнением (1.1), то скорость реакции
определяется следующим образом:

                                                                                   
(1.2)

При постоянном
объеме (V = const)
скорость можно выразить через концентрации:

                                                                                            
(1.3)

Для элементарной реакции скорость реакции можно определить
как число элементарных актов реакции, происходящих в единице объема в единицу
времени. Для сложных химических реакций, описываемых стехиометрическим уравнением
типа (1.1) может быть введено понятие единой скорости процесса то формуле (1.2)
только тогда, когда концентрации промежуточных веществ пренебрежимо малы по
сравнению с концентрациями реагентов и продуктов реакции. В противном случае
понятие единой скорости введено быть не может и нужно рассматривать скорость
реакции по конкретному веществу.

1.7. Закон
действующих масс

Для элементарной реакции,
описываемой стехиометрическим уравнением (1.1), скорость реакции зависит от
концентраций реагентов следующим образом (закон действующих масс):

                                                                     
                         (1.4)

где коэффициент пропорциональности k
не зависит от концентраций реагентов, а зависит только от температуры, . Этот коэффициент называется константой
скорости реакции (1.1). Величина  называется порядком
реакции по -му реагенту, а  —
полным порядком реакции.

1.8.
Температурная зависимость константы скорости

Аррениус предложил следующую
эмпирическую формулу для температурной зависимости константы скорости (1889
г.):

                                                                                                                     
(1.5)

где E – энергия активации
реакции, A – предэкспонент.

1.9.
Аррениусовские координаты

Зависимость константы скорости от
температуры (1.5) спрямляется в координатах  и  (Аррениусовские координаты)
:

                                                                                                            
(1.6)

1.10. Закон
действующих масс с учетом микроскопических состояний

В случае, если нас интересует
скорость расходования и образования частиц в определенных квантовых состояниях,
можно обобщить закон действующих масс. Стехиометрическое уравнение реакции с
учетом микроскопических состояний:

           (1.7)

Скорость этого процесса:

                         (1.8)

1.11.
Тепловой эффект реакции. Эндоэргические, экзоэргические, Эндотермические и
экзотермические реакции

В ходе экзотермической
реакции выделяется тепло. В ходе эндотермической реакции тепло поглощается.
С другой стороны, если энергетический уровень основного состояния продуктов
лежит ниже уровня основного состояния исходных веществ, реакция называется экзоэргической,
в обратном случае – эндоэргической.

Заметки

1. В уравнении баланса стехиометрические коэффициенты положительны, а при определении хода реакции мы приписываем знак — коэффициентам исчезающих реагентов, а знак + — коэффициентам образующихся продуктов .
2. Если нет риска путаницы, квалификатор «объем» часто опускается.
3. Парциальное давление компонента газовой смеси равно давлению, которое было бы давлением этого компонента, если бы оно было единственным, занимающим весь объем рассматриваемой системы. Его можно рассчитать напрямую, используя уравнение состояния газа или умножив мольную долю на общее давление.
4. Часто используется вместо .v{\ displaystyle v}п˙{\ displaystyle {\ dot {p}}}