- •Химическая кинетика и катализ Кинетика химических реакций
- •Понятие о скорости химической реакции. Закон действующих масс
- •Кинетическая классификация химических реакций. Понятие о молекулярности и порядке химической реакции Порядок и молекулярность простых химических реакций
- •Понятие о сложных химических реакциях
- •Классификация сложных реакций
- •Измерение скорости химической реакции
- •Влияние температуры на скорость химической реакции
- •Катализ Общие положения и закономерности катализа
- •Механизм гомогенного и гетерогенного катализа
- •Особенности каталитической активности ферментов
- •2. Другим важным отличием ферментов от катализаторов небелковой природы является их высокая специфичность, т.Е. Избирательность действия.
Кинетическая классификация химических реакций. Понятие о молекулярности и порядке химической реакции Порядок и молекулярность простых химических реакций
В главном кинетическом уравнении химической реакции аA+bВ + … →
= k··· …
а, b, … - это постоянные, не зависящие от концентрации вещества числа, называемые показателями порядка реакции, соответственно, по реагентам А, В, … . Их сумма (a + b +…= n) называется суммарным или общим порядком реакции.
Порядок реакции по каждому из реагентов (или частный порядок реакции)совпадает с его стехиометрическим коэффициентом в химическом уравнении только для простых реакций, протекающих в одну стадию. При этом в элементарном акте такой реакции (соударении) принимают участие и претерпевают изменения не более трёх частиц: молекул, ионов либо радикалов. В соответствии с этим различаютмономолекулярные,бимолекулярныеитримолекулярныереакции(последние встречаются крайне редко). Тетра- и более молекулярные простые реакции не известны, т.к. вероятность одновременного соударения 4-х и более частиц крайне мала. Таким образом молекулярность реакции может выражаться только целым числом.
В элементарном акте мономолекулярной реакции превращению подвергается одна частица,а в качестве продукта могут образоваться не только одна, но и две другие частицы (в редких случаях три и больше). Схематически это можно представить следующим образом:
А → В; А → 2В; А → В + С; А → В + С + Д.
Кинетическое уравнение таких реакций выглядит так:
= k·CA.
Это уравнение реакции первого порядка (причём частный и общий порядок в нём совпадают и равны 1).
Мономолекулярные реакции как правило являются эндотермическими и для их протекания необходима активация, т.е. переход частицы А в возбуждённое состояние А*, энергия которого достаточна для преодоления потенциального барьера на пути реакции.
Мономолекулярными чаще всего являются реакции разложения или изомеризации некоторых веществ, например:
1) диссоциация молекул брома на 2 радикала
Br22Br;
2) термическое разложение диметилового эфира
СН3 – О – СН3 CH4 + CO + H2;
3) изомеризация роданистого аммония в тиомочевину
NH4CNS(NH2)2CS
В элементарном акте бимолекулярной реакции превращению подвергаются две (одинаковые либо разные) частицы, с образованием одной и более частиц продуктов:
2А → С; 2А → С + В; А + В → С + D;
А + В → С; А + В → С +D+F
Кинетическое уравнение таких реакций в зависимости от вида исходных частиц выглядит следующим образом:
1) =k·(если обе исходные частицы одинаковые);
2) =k·CA ·CB (если частицы реагентов разные по своей природе).
В обоих случаях общий порядок реакции равен 2. Причём для реакций первого типа он совпадает с частным порядком реакции по реагенту А. Для реакций второго типа частный порядок реакции по каждому из реагентов равен 1.
Бимолекулярные реакции являются наиболее распространёнными, протекают как правило в газовой или жидкой фазе и могут принадлежать к самому разному типу, например:
H2 + I2 = 2HI
CO + Cl2 = COCl2
реакции соединения
2NOI= 2NO+I2
реакция разложения
СН3– СOO– С2H5+NaOH→CH3–COONa+C2H5OH
реакция обмена.
К тримолекулярным относятся простые реакции, в элементарном акте которых сталкиваются и претерпевают изменения три частицы.
В зависимости от природы этих частиц (т.е. одинаковые они или разные) кинетическое уравнение такой реакции может иметь три разных вида:
= k·(все три исходные частицы абсолютно одинаковые)
= k··CB(одинаковые только две исходные частицы)
= k·CA·CB·CC (все три исходные частицы разные).
Общий порядок реакции в каждом из трёх случаев равен 3 и складывается из суммы частных порядков по каждому из реагентов. Тримолекулярные реакции являются очень редкими и поэтому практического значения не имеют. Примером таких реакций являются следующие:
2NO + H2 = N2O + H2O
2NO + O2 = 2NO2