Рух як якісна зміна. Хімічні реакції

Що таке механізм хімічної реакції? Що таке кінетичне рівняння реакції і в чому його сенс? Який механізм дії каталізатора? Що таке інгібітори?

Урок-лекція

ХІМІЧНА РЕАКЦІЯ ЯК ПРИКЛАД РУХУ. Згадайте, що таке швидкість хімічної реакції і від яких чинників вона залежить.

Хімічні реакції йдуть з різними швидкостями. Діапазон їх швидкостей надзвичайно широкий – від практично миттєвих реакцій (вибух, багато реакції в розчинах) до вкрай повільних, що йдуть сторіччями (наприклад, окислення бронзи на повітрі).

У XIX ст. було встановлено, що хімічні реакції в переважній більшості являють собою багатостадійні процеси, т. е. відбуваються не шляхом безпосереднього одночасного зіткнення частинок реагентів з утворенням продуктів, а через ряд простих (елементарних) процесів. Дійсно, якщо б, наприклад, реакція окислення аміаку йшла в одну стадію, то це вимагало б величезних витрат енергії на одночасний розрив зв’язків в молекулах аміаку і кисню. Крім того, ймовірність зіткнення трьох частинок дуже мала, чотирьох – практично дорівнює нулю. Одночасне ж зіткнення семи частинок (чотирьох молекул аміаку і трьох молекул кисню) просто неможливо.

Кожна елементарна стадія хімічної реакції – це або хімічний процес (скажімо, розпад однієї молекули або зіткнення двох частинок), або перехід частки в збуджений стан (або, навпаки, перехід її із збудженого в основний або нізковозбужденное стан).

Сукупність елементарних стадій хімічної реакції, які йдуть одна за одною (т. Е. Послідовно) або совершающихся паралельно, називають механізмом хімічної реакції. Механізми реакцій різні.

Для хіміка дуже важливо знати, від яких чинників залежить швидкість хімічної реакції. Особливо важлива залежність швидкості реакції (або її стадій) від концентрацій реагуючих речовин. Таку залежність називають кінетичним рівнянням. Для гіпотетичної реакції аА + BВ = dD + їЇ математичний вираз (кінетичне рівняння).

Швидкість же сумарною реакції може різним, іноді вельми складним чином залежати від концентрації реагентів.

Таким чином, перетворення одних речовин в інші – це не одномоментне подія, а процес, який розгортається в часі, тобто. Е. Має свою тимчасову структуру, яка виражена механізмом реакції. Разом з тим механізм реакції враховує не тільки зміни у складі речовин – учасників реакції, але й зміна положень атомів в просторі в міру протікання реакції. Тому можна говорити про просторово-тимчасовій структурі реакції.

Початок розвитку хімічної кінетики – галузі хімії, що вивчає швидкості і механізми хімічних реакцій, припало на другу половину XIX ст. Фундамент цієї дисципліни був закладений в 1880-і рр. голландським физикохимик Якобом Вант-Гофф і шведським вченим Сванте Арреніус.

КАТАЛОЗІ. Вже давно було помічено, що деякі речовини здатні помітно збільшувати швидкість хімічної реакції, хоча самі при цьому не змінюють свій хімічний склад. Такі речовини називають каталізаторами. Наприклад, перекис водню при кімнатній температурі розкладається повільно: 2Н202 = 2Н20 + 02. У присутності ж платини швидкість його розкладання зростає більш ніж в 2000 разів, а фермент каталаза (міститься в крові) збільшує швидкість реакції в 90 млрд раз!

Каталізатор не витрачається в хімічному процесі. Він включається в проміжні стадії процесу і регенерує в самому кінці. Тому саме рівняння реакції його не включає.

Світ каталізаторів широкий і різноманітний, як і способи їх дії. Але в цілому можна сказати, що каталізатор, включаючись в механізм реакції, змінює його і направляє процес по енергетично більш вигідному шляху. При цьому, що особливо важливо, каталізатори можуть викликати протікання з помітною швидкістю таких процесів, які без них практично не йдуть.

Кожен каталізатор може прискорювати лише певні типи реакцій, а в ряді випадків тільки окремі реакції. Така особливість каталізаторів називається селективністю (вибірковістю). Селективність дії каталізаторів дозволяє отримувати лише певний потрібний продукт певним чином: «направити» дія ліків і т. П. Найбільшою селективністю та ефективністю відрізняються біологічні каталізатори – ферменти, що каталізують біохімічні реакції, що протікають в живих організмах.

Є речовини, які уповільнюють або взагалі припиняють хімічні процеси. Їх називають інгібіторами. Однак на відміну від каталізаторів інгібітори витрачаються в ході реакції.

Від яких причин залежать швидкості хімічних реакцій?
Чи може швидкість якої-небудь реакції бути пропорційна квадрату концентрації певної речовини? Якщо так, то наведіть приклади.
Запропонуйте гіпотезу, що пояснює, чому на відміну від каталізаторів інгібітори витрачаються в ході реакції.

Посилання на основну публікацію