Students.by - это живая энциклопедия белорусского студента (статьи, книги, мультимедиа). Еще мы предлагаем поиск по лучшим полнотекстовым научным хранилищам Беларуси!
|
Равновесие. Вещества вступают в химические реакции потому, что при этом уменьшается энергия системы, т.е. электронная конфигурация продуктов реакции оказывается энергетически более выгодной, чем конфигурация исходных реагентов. (Правда, есть еще один фактор энтропийный; см. также ТЕРМОДИНАМИКА.) При большой разности энергий (т.е. большом различии в стабильности исходных реагентов и продуктов) реакция происходит мгновенно. Например, если кислород и водород смешать в определенном соотношении и смесь поджечь, то газы прореагируют мгновенно без остатка с образованием воды:
Молекула воды стабильнее, чем смесь водорода и кислорода, поскольку прочность двух связей ОН больше, чем суммарная прочность связей НН и ОО. Прочность связи определяется той энергией, которая выделяется при ее образовании. См. также ТЕПЛОТА; ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. Если разность энергий исходных реагентов и конечных продуктов химической реакции невелика, то в реакционной смеси присутствуют в заметных количествах и те, и другие, причем по прошествии определенного времени между ними устанавливается равновесие. В качестве примера можно привести растворение уксусной кислоты в воде:
(Атомы водорода в группе СН3 соединены с атомом углерода прочными ковалентными связями и не являются кислотными.) Полной ионизации уксусной кислоты в этой реакции не происходит: когда примерно 1% ее молекул диссоциирует на ионы, скорость соединения последних с образованием исходных молекул становится равной скорости диссоциации и концентрация частиц в растворе перестает меняться. Устанавливается т.н. динамическое равновесие. Положение равновесия можно изменить (сдвинуть), добавляя или удаляя любое из веществ, участвующих в реакции. При этом равновесие сдвигается таким образом, чтобы эффект изменения концентрации был минимальным (принцип Ле Шателье). Таким образом, добавление воды вызывает дополнительную ионизацию уксусной кислоты (поскольку при ионизации некоторое количество воды связывается в H3O+), а добавление ацетат-иона (СН3СОО) дает обратный эффект. Каждая равновесная реакция характеризуется т.н. константой равновесия величиной, равной отношению произведения концентраций продуктов к произведению концентраций исходных реагентов; при этом каждая из концентраций берется в степени, равной числу молекул данного типа, участвующих в реакции. Константа равновесия, как правило, не зависит от концентрации, но изменяется с температурой. Кинетика.
Скорости химических реакций сильно различаются. Например, смесь водорода и кислорода после того, как ее подожгут, буквально взрывается, а превращение алмаза в химически более устойчивую кристаллическую форму углерода, графит, происходит так медленно, что не завершается и за миллиарды лет.
Скорость химических реакций определяется их механизмом. Многие реакции в действительности гораздо сложнее, чем это кажется из их суммарного уравнения. Так, оказалось, что разложение озона с образованием кислорода протекает в два этапа. На первом этапе диссоциирует одна молекула озона, при этом быстро достигается равновесие:
Второй этап гораздо более медленный, он и определяет скорость реакции:
Сложение этих двух уравнений приводит к суммарному уравнению
Не исключено, что впоследствии будут предложены другие механизмы, удовлетворяющие экспериментальным данным о скорости этой реакции. Наименьшая энергия, которой должны обладать взаимодействующие частицы для того, чтобы между ними началась химическая реакция, называется энергией активации. Как правило, чем она ниже, тем быстрее протекает реакция. Для протекания реакции большое значение имеет также энтропийный фактор. |
|