Порядок и молекулярность реакций

Для характеристики механизма химических реакций в кинетике применяют такие понятия, как порядок и молекулярность реакции.

Порядком химической реакции называют сумму показателей степеней в уравнении скорости реакции. Различают реакции нулевого, первого, второго и дробного порядков.

Нулевой порядок отвечает некоторым реакциям на твердой поверхности, поскольку их скорость не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Дробный порядок характерен для сложных реакций, которые происходят через ряд промежуточных стадий.

Под молекулярностью реакции понимают число частиц (атомов, молекул, ионов), которые принимают участие в элементарном акте взаимодействия. Если в процессах разложения или изомеризации веществ в элементарном акте взаимодействия принимает участие одна молекула, то такие реакции называют мономолекулярными, например

CL₂ = 2CL

N₂O₅ = 2NO₂ + ¹/₂O₂

В элементарном акте взаимодействия бимолекулярных реакций принимают участие две частицы (атомы, ионы или молекулы):

CL + CL = CL₂

H₂ = I₂ = 2 HI

CO = CL₂ = COCL₂

Если в элементарном акте взаимодействия принимают участие одновременно три частицы, то такую реакцию называют тримолекулярной.

В уравнении скорости гетерогенных реакций не входит концентрация твердой фазы, а только концентрация или парциальное давление газообразных веществ.

Зависимость скорости реакции от температуры Правило Вант-Гоффа

Повышение температуры приводит к значительному росту скорости подавляющего большинства химических реакций. Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа и уравнением Аррениуса.

В 1884 г. голландский химик Я.Вант-Гофф установил, что при повышении температуры в системе на 10 градусов скорость химических реакций увеличивается в 2 – 4 раза. Это правило можно выразить таким математическим уравнением:

t₂-t₀

Vt₁=Vt₀γ ¹⁰

Температурный коэффициент скорости реакции γ показывает, во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры на каждые 10 ⁰ С.

Для большинства биохимических реакций температурный коэффициент изменяется в пределах 1,5 – 3,0. Если, например, во время заболевания человека температура тела повысилась от 36,5 до 39,5 ⁰ С, то это означает, что скорость биохимических процессов в организме может вырасти в 1,13 раза.

Повышение температуры до 40 – 42 ⁰ С может повлечь денатурацию белков и дезактивацию ферментов.

На основании правила Вант-Гоффа разработан метод определения срока пригодности лекарственных средств, который называют „методом ускоренного старения лекарственной формы”. Его суть заключается в том, что лекарственную форму (таблетки, растворы, мази, эмульсии и тому подобное) выдерживают определенное время при повышенной температуре, потом определяют массу действующего вещества, которое разложилось, и пересчитывают на стандартную температуру хранения.

Правило Вант-Гоффа выполняется только в небольшом интервале температур и имеет эмпирический характер.

Энергия активации

Существенное влияние температуры на скорость химических реакций на первый взгляд объясняется просто, ведь при нагревании увеличивается скорость движения молекул, что приводит к росту числа их столкновений и взаимодействий. Однако детальный анализ этих факторов указывает на некоторое несоответствие между ними.

Это несоответствие впервые объяснил шведский ученый С.Аррениус. Он доказал, что к элементарному акту взаимодействия приводит столкновение не всех, а только активных молекул. В химическое взаимодействие вступают только молекулы с достаточно высоким уровнем кинетической энергии, которые называют активными, или реакционноспособнымии. Чтобы молекулы смогли провзаимодействовать между собой, они должны обладать определенным избытком энергии по сравнению с ее средним значением.

Минимальную энергию, которую должны иметь молекулы, чтобы их столкновение привело к элементарному акту взаимодействия, называют энергией активации.

Величина энергии активации зависит от природы реагирующих веществ.