Глава 17. Резюме (Summary)

17.1 Скорости химических реакций

Скорость реакции можно выразить либо через убыль количества реагента, либо через прирост количества продукта в единицу времени. Соотношения между разными выражениями скорости для данной реакции выводятся непосредственно из стехиометрических коэффициентов уравнения, описывающего эту реакцию.

17.2 Факторы, влияющие на скорость реакции

На скорость химической реакции влияет ряд параметров. Реакции с участием двух фаз протекают быстрее при большей площади контактирующей поверхности. При повышении температуры или концентрации реагента скорость данной реакции, как правило, тоже возрастает. Катализатор может увеличивать скорость реакции, обеспечивая альтернативный путь с меньшей энергией активации.

17.3 Законы скорости

Законы скорости (дифференциальные законы скорости) дают математическое описание того, как изменения концентрации вещества влияют на скорость химической реакции. Законы скорости определяются экспериментально и не могут быть предсказаны на основании стехиометрии реакции. Порядок реакции описывает, насколько сильно изменение концентрации каждого вещества влияет на общую скорость, а суммарный порядок реакции равен сумме порядков по каждому из участвующих веществ. Чаще всего порядки реакции — первого, второго или нулевого порядка, однако возможны и дробные, и даже отрицательные порядки.

17.4 Интегральные законы скорости

Интегральные законы скорости математически выводятся из дифференциальных законов скорости и описывают зависимость концентраций реагентов и продуктов от времени. Период полупревращения реакции — это время, необходимое для уменьшения количества данного реагента вдвое. Период полупревращения зависит от константы скорости и, для некоторых порядков реакции, от концентрации реагента. Период полупревращения реакции нулевого порядка уменьшается с уменьшением начальной концентрации реагента. Период полупревращения реакции первого порядка не зависит от концентрации, а период полупревращения реакции второго порядка уменьшается с ростом концентрации.

17.5 Теория столкновений

Химические реакции обычно требуют столкновений между частицами реагентов. Эти столкновения должны иметь надлежащую ориентацию и достаточную энергию, чтобы привести к образованию продуктов. Теория столкновений даёт простое, но эффективное объяснение влияния многих экспериментальных параметров на скорости реакций. Уравнение Аррениуса описывает связь между константой скорости реакции, энергией активации, температурой и зависимостью от ориентации столкновения.

17.6 Механизмы реакций

Последовательность отдельных стадий, или элементарных реакций, посредством которых исходные вещества превращаются в продукты в ходе реакции, называется механизмом реакции. Молекулярность элементарной реакции — это число участвующих в ней частиц реагентов, обычно одна (мономолекулярная), две (бимолекулярная) или, реже, три (тримолекулярная). Общая скорость реакции определяется скоростью самой медленной стадии её механизма, называемой лимитирующей стадией. Мономолекулярные элементарные реакции имеют закон скорости первого порядка, а бимолекулярные элементарные реакции — закон скорости второго порядка. Сравнивая законы скорости, выведенные из механизма реакции, с законом скорости, определённым экспериментально, можно признать механизм либо неверным, либо правдоподобным.

17.7 Катализ

Катализаторы влияют на скорость химической реакции, изменяя её механизм так, чтобы обеспечить более низкую энергию активации, но не влияют на положение равновесия. Катализаторы могут быть гомогенными (находящимися в той же фазе, что и реагенты) или гетерогенными (находящимися в иной фазе, чем реагенты).