Денисов__Кинетика_гомогенных_химических_реакций_(2_изд) (972291), страница 2
Текст из файла (страница 2)
236, 248 (т. 2). $1. Предмет химической Кинетики Предмет исследования химической кинетики — химические реакции. Химическая кинетика рассматривас1 превращение одних веществ в другие как процесс, протекающий во времени по определенному механизму. Можно сформулировать следующие основные задачи этой научной дисциплины. 1. Химическая кинетнка изучает закономерности протекания химической реакции во времени; устанавливает эмпирическую связь между скоростью химической реакции и условиями ее проведения (концентрацией реагентов, температурой, фазовым состоянием, давлением и т. д.); выявляет факторы, влияющие на скорость процесса (нейтральные ионы, инициаторы, ингибиторы и т.
д.). Конечный результат таких исследований — количественные эмпирические зависимости между скоростью химического процесса и условиями его проведения н количественное математическое описание химической реакции как процесса, протекающего во времени. При решении этой задачи кинетика опирается на современные методы анализа соединений — химические и физико-химические. Полученные результаты служат, в частности, основой ~ля химической технологии при разработке оптимально- рг кима процесса. 2.
Химическая кинетика стремится раскрыть механизм химического процесса, т. е. выяснить, из каких простых химических реакций состоит сложный химический процесс, как эти стадии связаны друг с другом, какие промежуточные продукты принимают участие в совокупном химическом процессе. Важную роль в механизме многих сложных химических реакций играют лабильные короткоживущие промежуточные продукты, такие, как атомы, свободные радикалы, ионы, лабильные комплексы и т. д.
Кинетика, занимающаяся изучением химических реакций, по существу есть химия лабильиых промежуточных частиц. В результате исследования составляют схему механизма химического процесса, включающую предполагаемые стадии и промежуточные продукты. Эту схему сопоставляют со всеми имекяцимися фактами, проверяют, дополняют, изменяют с появлением новых данных и по мере увеличения экспериментальных доказательств из гипотетической превращают в обоснованную схему (модель) реального химического процесса. Важную информацию при исследовании дают разнообразные приемы воздействия на систему и математический анализ схемы при ее сопоставлении с экспериментальными данными.
3. Поскольку во многих сложных реакциях принимают участие разнообразные элементарные реакции образования и превращения активных частиц — радикалов, ионов, ион-раднкалов и т. д., важной задачей химической кинетики становится изучение таких элементарных реакций. Эти реакции очень часто протекают с высокой скоростью, и поэтому для их исследования разработаны специальные методы и аппаратура. Полученные здесь результаты важны, во-первых, для проверки схем сложных химических процессов, во-вторых,для решения ряда технических задач, в-третьих, как основа для анализа вопроса о строении соединений и их реакционной способности. 4.
Используя результаты кинетического исследования и современные знания о строении молекул, ионов и свободных радикалов, химическая кинетика изучает связь между строением соединений и их реакционной способностью. Она устанавливает эмпирические и полуэмпирическпе зависимости между кинетическими характеристиками веществ (констаитами скорости химических реакций) и их физическими, тсрмохимическими и структурными характеристиками. 5. Теоретическая химическая кинетика занимается вычислением констант скорости химических реакций исходя нз строения и свойств исходных частиц и опираясь на методы квантовой химии и статистической физики. Ее конечная цель — математическое описание (предсказание) реакционной способности веществ а зависимости от их структуры н условий проведения реакции, т.
е. расчет констант скорости элементарных реакций и количественное описание кинетики сложных химических реакций, Для химической кинетики характерны количественный подход к химическому процессу; использование математических методов; разнообразие кинетических приемов и методик; тесный контакт с такими дисциплинами, как химическая термодинамика, строение вещества, молекулярная физика, физика массо- и теплопереноса, синтетическая и аналитическая химия.
$2. Основные понятня хнмнчеснон кннетннн Автокагпализ — в узком смысле слова — ускорение реакции, обусловленное образованием продукта — катализатора; в широком смысле — самоускорение химического процесса, вызванное изменением системы вследствие протекания реакций. Причинами автоускоренного протекания реакции могут быть: !) образование продукта (конечного или промежуточного), обладающего каталитическим действием (гл. ХХЧП); 2) самосопряжеиие реакций, когда индуктором является конечный продукт (гл. 1Ч, З 9); 3) расходование ингибитора в цепной (гл.
ХЧ1) или каталитической реакции (гл. Х ХХ11, з 4); 4) накопление атомов и радикалов в цепной разветвленной реакции при нестациоиарном режиме ее протекания (гл. ХХН); 5) образование промежуточных продуктов, инициирующих цепи, при автоокислении органических соединений (гл. ХХЧ1); б) возрастание вязкости среды и замедление рекомбинации макрорадикалов при полимеризации (гл.
ХХХ(Ч); 7) увеличение поверхности раздела фаз, на которой и происходит реакция в твердофазных реакциях; 8) саморазогрев системы, когда тепловы- деление не скомпенсировано теплоотводом; 9) размножение живых организмов. Время реакции, характеристическое т — отрезок времени, за который концентрация данного реагента уменьшается в е раз вследствие протекания химической реакции; зависит от характера химического превращения и условий его протекания.
Время (период) полуггревращения т,„— время, за которое данное вещество прореагирует на 50 %; как т, зависит от химической реакции и условий ее протекания; для реакций распада называется периодом полураспада. Время релаксации т* — время обратимой химической реакции, ие достигшей состояния равновесия, когда система приближается к состоянию равновесия в е раз, т. е.
время, за которое в е раз уменьшится разница концентраций С вЂ” С или С вЂ” С (С вЂ” равновесная концентрация реагента). Диффузионный режим — такие условия проведения реакции, когда скорость химической реакции определяется или зависит от скорости диффузии реагентов: самодиффуэии, если реагенты распределены равномерно по объему реактора и скорость реакции определяется скоростью встречи частиц реагентов, и диффузии, если существует градиент концентрации и происходит взаимная диффузия реагентов. Кинетический режим — режим протекания процесса, когда его скорость всецело определяется скоростью химической реакции.
Ингибитор — вещество, тормозящее протекание химической реакпии. В ггроцессе реакции ингибитор не расходуется или расходуется со 3 гаь скоростью, меньшей скорости незаторможенного химического процесса, Концентрация ингнбитора обычно много меньше концентрации реагентов. Ингибиторы известны для каталитических и цепных реакций, для простых реакций ннгибиторов не существует. Катализ — ускорение химической реакции веществом — катализатором. Катализатор многократно вступает в промежуточные химические реакции, но регенерируется к моменту образования конечных продуктов. Кинетическая схема химической реакции — совокупность элементарных стадий, нз которых, по предположению, состоит сложный химический процесс. Клеточный эффект — результат реакций, протекающих в клетке растворителя вслед за химической реакцией. В жидкости и твердом теле каждая молекула и продукты ее превращения окружены молекулами растворителя и некоторое время (время жизни клетки) находятся рядом, если это активные частицы (атомы, радикалы, ион-радикалы), то они вступают в клетке во взаимодействие.
Константа равновесия (см. гл. )Ч, $ !). Константа скорости реакции (см. гл. )(, э 2, 5). Критическое явление — резкий переход от медленного к быстрому протеканию химической реакции при небольшом изменении какого- либо параметра, например, концентрации реагеита, ингибитора или катализатора, температуры, давления, размеров реактора и т. д. Встречается в кииетике цепных и автокаталитических реакций, а также при адиабатическом режиме экзотермических реакций. Нередко медленное протекание реакции ие обиаружимо экспериментально, а быстрое протекание сопровождается взрывом.
Механизм сложной химической реакции — совокупность связанных друг с другом элементарных реакций, из которых состоит сложная реакция. Механизм сложной реакции представляет собой кинетическую схему, в которой доказана каждая элементарная стадия и ее связь с другими стадиями совокупного процесса. Механизм простой химической реакции — способ взаимодействия и перераспределения атомов и связей в реагентах, превращающихся в продукты реакции. Его описание дается в рамках той или иной теории элементарного акта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
