Теория активных столкновений.

Основные положения теории:

1) столкновение реагирующих частиц,

2) наличие у этих частиц необходимой энергией – энергии активации,

3) оптимальное расположение частиц относительно друг друга – стерический фактор.

 

Энергия активации – минимальный избыток энергии, которой должны обладать реагирующие частицы (в расчете на моль), чтобы столкновения между ними приводили к химическому взаимодействию.

Энергию активации можно рассчитать по уравнению Аррениуса (1889)

 

А – постоянная, определяемая опытным путем Еа – энергия активации

е – основание натуральных логарифмов k – константа скорости реакции R – универсальная газовая постоянная T – абсолютная температура

Неактивные молекулы могут быть превращены в активные при сообщении им дополнительной энергии – повышение температуры, лобовое столкновение, излучение (свет, радиация), электрический разряд, введение катализатора, в экзотермических реакциях – выделяющаяся теплота и т. д.).

 

Теория переходного состояния

Большинство химических процессов протекают через переходное состояние или образование активированного комплекса. Это более выгодный процесс, чем полный распад молекул исходных веществ, так как последние еще не распались, а уже начали формироваться молекулы продуктов реакции.

Для реакции: H₂ + I₂ = H₂ · I₂ = 2HI

 

H2 + I2=	H ----------- I ½ ½ ½ ½ ½ ½ H ----------- I	= 2HI
исходные вещества	переходное состояние	продукты реакции
	активированный комплекс

 

Энергетический профиль реакции (Рис. 1).

A+B ® D+F

Еа2	Рис. 1 Энергетический профиль течения экзотермической реакции. Реакция происходит по схеме: А + В → [А···В] → D + F, Еа где [А···В] – переходное состояние.

 

По оси ординат отложена энергия молекул, участвующих в реакции, а по оси абсцисс – путь реакции – последовательность промежуточных состояний, через которые проходит система в ходе элементарного акта от исходных веществ к продуктам реакции.

Для образования переходного состояния требуется затрата энергии.

Энергия активации – разность между энергией активированного комплекса и энергией молекул, вступающих в реакцию. Разность между энергией молекул, вступающих в реакцию, и продуктами реакции – тепловой эффект этого процесса – ΔН_р.

Е_а – энергия активации прямой реакции, Е_а2 – обратной.

 

Катализатор и катализ.

Катализаторы – вещества, изменяющие скорость реакции, но не расходующиеся в процессе взаимодействия.

Катализаторы – вещества, изменяющие скорость реакции участием в образовании активированного комплекса или нескольких стадий химического превращения, но стехиометрически не являющиеся участниками суммарного процесса.

Катализ – явление, при котором происходит изменение скорости хими­ческой реакции под действием катализаторов (от греческого katalysis —разрушение).

Если катализатор увеличивает скорость реакции, катализ называют положительным, если же уменьшает — отрицатель­ным. В последнем случае катализатор называют ингибитором.

Ингибитор вступает в химическое взаимодействие с реагентом, чаще с промежуточными веществами с образованием устойчивых соединений с низкой реакционной способностью

Пример. Для реакции разложения пероксида водорода катализатор – оксид марганца (IV), ингибитор – фосфорная кислота.

Реакции называются автокаталитическими (самоускоряющи­мися) при действии катализатора – одного из продуктов реакции. В этих случаях происходит изменение концентрации катализато­ров. Пример. Растворение меди в азотной кислоте ускоряется образующимися оксидами азота.

С помощью катализатора можно изменить скорость термодинамически возможного процесса – ΔG<0. Поэтому термодинамически невозможную реакцию (∆G>0) катализатор вызвать не может.

В случае обратимой реакции положение химического равно­весия катализатор не смещает, так как он в равной степени ускоряет (или замедляет) как прямую, так и обратную реакции и лишь изменяет время достижения химического равновесия.

Замечено, что примеси на катализатор влияют по-разному. Одни из них инертны, другие делают его более активным, а третьи ослабляют или совсем прекращают его действие, т. е. яв­ляются каталитическими ядами.

Вещества, которые сами по себе не обладают каталитической активностью, но, будучи добавленными, к катализатору, значи­тельно повышают его действие, называют промоторами или ак­тиваторами. Например, если к оксиду ванадия (V) добавить небольшое количество сульфатов щелочных металлов, его каталитическая активность повышается в сотни раз при окис­лении оксида серы (IV) в оксид серы (VI).

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: