Home  / Публикации / Статьи / ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

В ходе развития теории химических реакций возникли следующие основные вопросы:

1. Почему не все термодинамически возможные реакции могут быть осуществлены?
2. Почему скорость химической реакции с увеличением температуры возрастает по экспоненте?
3. Почему в реакциях, протекающих с разрывом связей, дополнительная энергия (энергия активации) обычно намного меньше энергии, необходимой для термического разрушения связи?
4. Наконец, почему реакции протекают с разрушением химических связей при комнатной температуре, тогда как для термического разрушения этих связей молекулы нужно нагреть до 4,000° C и более?

Примерами таких реакций могут служить взаимодействие радикалов и ионов с молекулами, каталитические и фотохимические реакции. Данный вопрос не был затронут вплоть до начала наших работ.

Цепной механизм химической реакции

В  наших исследованиях мы выяснили, что, в отличие от мнения, господствовавшего до конца XX века, взаимодействие молекул протекает не по схеме:

AB + CD → AC + BD,

 а, в основном, механизм химической  реакции - цепной:

 AB ⇄ A + B

A + CD → AC + D

D + AB →  DB + A

где A, B и D - активные частицы (радикалы, ионы, координационно-ненасыщенные соединения).

То есть, в отличие от идеологии, принятой в XX веке, активные элементы (частицы, вызывающие химические преобразования) в химических реакциях -это не частицы или молекулы с высокой кинетической энергией. Активные элементы - это особые химические частицы (радикалы, ионы, координационно-ненасыщенные соединения и т.д.), у которых количество электронов меньше, чем у ближайшего к ним инертного газа.

Элементарные стадии химической реакции

Было найдено, что взаимодействие этих частиц с насыщенными молекулами проходит через три элементарные стадии (ступени): 

Обычно стадия диссоциации ограничивает скорость процесса.

Приведенная  схема механизма химических реакций позволяет дать ответ на основные поставленные выше вопросы.

Активные частицы находятся в термодинамическом равновесии с исходными молекулами. Когда температура снижается, происходит резкое уменьшение концентрации активных частиц, что, в свою очередь, приводит к резкому замедлению скорости химических реакций. Эта зависимость скорости химической реакции от температуры объясняет, почему не все термодинамически возможные реакции протекают при нормальной температуре (вопрос 1) и почему скорость реакции экспоненциально зависит от температуры (вопрос 2).

Наличие стадии электронной изомеризации в механизме химической реакции отвечает на четвертый вопрос. Скорость электронной изомеризации на много порядков выше скорости стадии диссоциации. Именно поэтому кинетические параметры электронной изомеризации, в первую очередь энергия активации, не влияют на энергию активации реакции в целом. Т

аким образом, энергия, необходимая для разрыва связей в исходной молекуле, равна энергии активации самой медленной стадии (диссоциации) в реакциях взаимодействия активных частиц с насыщенной молекулой.

В результате электронной изомеризации исходная ковалентная химическая связь, для разрушения которой необходима энергия около 400 кДж/моль, трансформируется в ван-дер-ваальсовую связь (ВВС), для разрыва которой необходимо затратить менее 20 кДж/моль. Теперь становится понятным, почему для разрыва связи в присутствии активных частиц требуется несравненно меньшее количество энергии, чем на термическое разрушение связи в исходных молекулах (вопрос 3).

Согласно механизму химической реакции скорость реакции определяется концентрацией промежуточного соединения и активных частиц.

Катализатор - это химическое вещество, которое образует бОльшее количество активных частиц в системе, чем исходные молекулы при той же температуре. 

Роль катализатора в химической реакции >>