Пользовательский поиск

Кинетика простых реакций

Многочисленные исследования кинетики химических реакций показали (Я. Вант-Гофф, 1884 г.), что скорость простейшей химической реакции А — В линейно зависит от концентрации реагирующих веществ.

Продолжение ниже

Особенности кинетики ферментативных реакций в открытых системах

... реакторов. Оптимизация реак­торов и их описание для определения кинетических параметров ферментов составляют основу современных знаний по кинетике действия ферментов в открытых системах. Экспериментальное изучение и практическое использование иммобилизованных ферментов ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Скорость химической реакции определяется как количество вещества, образующегося (распадающегося) в единицу времени в процессе химической реакции. Размерность скорости химической реакции — моль/(л-с), моль/(л-мин) и т.п. Скорость химической реакции в начальный момент времени, когда существенные изменения концентраций реагирующих веществ не успели произойти, называется начальной скоростью реакции и обозначается %. Скорость химической реакции в любой другой момент времени называется текущей скоростью v.

Реакции, скорость которых линейно зависит от концентраций взаимодействующих веществ, называются реакциями первого порядка. Обычно реакции первого порядка изображают в виде схемы А — В. Реакции первого порядка — самые распространенные в природе. Простые реакции первого порядка являются мономолекулярными (т. е. в элементарном акте участвует одна молекула субстрата).

Простые реакции второго порядка являются бимолекулярными, они протекают с участием двух молекул. Простые реакции третьего порядка являются тримолекулярными, они осуществляются при взаимодействии трех молекул. (Реакции третьего порядка встречаются крайне редко.)

Помимо реакций первого, второго и третьего порядка известны реакции нулевого порядка, скорость которых не зависит от концентрации вещества, вступающего в реакцию.

Коэффициент пропорциональности k в уравнении называют константой скорости химической реакции. Чем больше константа скорости реакции, тем быстрее протекает химическая реакция. Константа скорости не меняется при одних и тех же условиях эксперимента и не зависит от концентраций веществ, вступающих в реакцию. Константа скорости может зависеть от условий проведения реакции (температуры, давления, показателя pH). Константа скорости реакции отражает число активных соударений молекул веществ, вступающих в химическую реакцию, приводящих к образованию продуктов реакции. Если субстратом реакции (например, реакции распада) является только одно вещество, то константа скорости отражает вероятность химической трансформации молекул исходного вещества. Поэтому константа скорости реакции является одной из важнейших кинетических характеристик.

Размерность константы скорости реакции зависит от порядка реакции. Размерность константы скорости химической реакции первого порядка — с-1, мин-1. Размерность константы скорости второго порядка — л/(моль-с), л/(моль-мин) и т.п.

Показатели степени т1, т2, ..., тn называют порядком реакции по веществу Х1, Х2, Хп соответственно. Их сумму называют (суммарным) порядком реакции. Порядок реакции является одной из важнейших характеристик механизма химической реакции. Значения т могут быть целочисленные и дробные; кроме того, значение т может быть равно нулю. Для простых реакций (реакций, протекающих без промежуточных соединений) значение т не превышает трех.

Следует особо отметить, что порядок реакции т характеризует механизм химической реакции в отличие от стехиометрических коэффициентов, отражающих пропорции между реагирующими веществами. Поэтому порядок реакции, как правило, не равен сумме стехиометрических коэффициентов веществ, вступающих в реакцию.

Порядок элементарной реакции всегда целочисленный; порядок сложной реакции (протекающей с образованием промежуточных соединений) может быть целым и дробным. Таким образом, если порядок реакции дробный, то эта реакция сложная; если порядок реакции целочисленный, то сделать однозначный вывод о сложности механизма химической реакции нельзя.

Согласно теории абсолютных скоростей реакций превращение молекул реагирующих веществ в продукты реакции осуществляется через промежуточное состояние, которое называется активированным комплексом. Именно образование активированного комплекса лимитирует скорость любой химической реакции.

Образование и распад активированного комплекса удобно описывать, используя потенциальную энергию ядер реагирующих молекул.

Рассмотрим простейшую систему, состоящую из атомов А, В, С, в которой протекает реакция А + ВС —» АВ + С. При этом предполагаем, что атомы А, В, С расположены на одной прямой. Процесс изменения расстояния гАВ между атомами А и В отражает протекание химической реакции

Координата реакции начинается в «долине реагентов», где расстояние гАВ между атомами реагирующих веществ бесконечно большое. В «долине реагентов» потенциальная энергия системы атомов относительно невелика. Затем координата реакции проходит через область с повышенной энергией, называемой потенциальным барьером. Минимальное значение энергии в области потенциального барьера отвечает седловой точке N. Нахождение атомов А, В, С в области потенциального барьера означает образование активированного комплекса. Вслед за потенциальным барьером координата реакции вновь попадает в область с относительно низкими значениями потенциальной энергии («долину продуктов»).

Очевидно, что система реагентов не может оказаться в области потенциального барьера, если ее энергия мала. Таким образом, если энергия реагентов мала, то химическая реакция не произойдет. В то же время некоторые реагенты могут иметь энергию, существенно превышающую энергию потенциального барьера. Но, как следует из термодинамики, чем больше энергия таких молекул, тем число их меньше. Следовательно, большинство молекул реагентов, вступающих в химическую реакцию, будут иметь энергию, близкую к энергии потенциального барьера. Поэтому практически все реагенты, вступившие в химическую реакцию, пройдут через седловую точку потенциальной поверхности (или вблизи нее). Состояние системы атомов вблизи седловой точки получило название переходного состояния (активированного комплекса).

Важнейшим положением теории абсолютных скоростей реакций (теории переходного состояния, теории активированного комплекса) является то, что активированный комплекс находится в квазиравновесии с исходными веществами. Это позволяет применять представления термодинамики для описания кинетики реакций.

Константа скорости химической реакции определяется изменением энергии системы при переходе в активированное состояние. Следовательно, любой фактор, снижающий свободную энергию активации, будет способствовать ускорению химической реакции.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".