Цепные реакции
Еще один пример сложных химических реакций – это цепные реакции, которые могут протекать по различным механизмам: радикальному или ионно-радикальному.
Рассмотрим радикальный механизм на примере реакции образования хлористого водорода (табл. 6.1).
Таблица 6.1. Основные стадии цепной реакции образования НСl.
-
Стадии
Реакция
Порядок стадии
Примечание
Общая
Н2 + Cl2 = 2HCl
Инициирование цепи
Cl2 + hν = Cl* + Cl*
1
Образование радикалов
Развитие цепи
Cl* + Н2= HCl + Н*
Н* + Cl2= HCl + Cl*
2
Образование конечного продукта
Обрыв цепи
Н* + Н* + М = H + М*
Cl* + Cl* + М = Cl2 + М*
Н* + Cl* + М = HCl+ М*
3
Гибель активных частиц
Как следует из таблицы обобщенное уравнение реакции не раскрывает истинного механизма, который включает три блока стадий каждая из которых имеет разную молекулярность (порядок). Изменяя внешние условия (давление, температура, участие третьих частиц, освещение), можно регулировать общую скорость процесса.
Кинетическое равновесие
Под кинетическим равновесием понимается такое состояние системы, в котором относительно продолжительное время не изменяются концентрации всех веществ (и исходных и продуктов). При этом превращения веществ друг в друга может продолжаться. Это означает, что одновременно протекают как минимум две реакции – прямая и обратная.
Реагенты
|
Продукты
Большинство химических реакций, в принципе, обратимы. Однако скорости протекания прямой и обратной реакции могут быть различными, и их величины определяется внешними условиями (температурой, давлением, концентрацией веществ).
В определенных условиях почти все реакции имеют одно преимущественное направление и для проведения таких реакций в противоположном направлении требуются экстремальные условия. В подобных реакциях происходит почти полное превращение реагентов в продукты. Пример. Железо и сера при умеренном нагревании реагируют между собой с образованием сульфида железа (II), FeS при таких условиях устойчив, и практически не разлагается на железо и серу:
Fe + S → FeS
Во всех обратимых реакциях скорость прямой реакции вначале уменьшается, скорость обратной реакции возрастает до тех пор, пока обе скорости не станут равными и не установится состояние, которое получило название кинетическое равновесия.
Условие равновесия
В химической кинетике достижение состояния равновесия рассматривается во времени и считается, что оно устанавливается в момент времени, когда скорости прямой и обратной реакции равны между собой. На рис. 6.10 это соответствует соединению кривых скоростей прямой и обратной реакций.
Рис. 6.10. Установление кинетического равновесия |
|
Из этого следует условие: