1.3. Элементарная стадия реакции

Элементарная стадия состоит из суммы актов химического превращения одной или нескольких частиц. Каждый акт химического превращения состоит в том, что при сближении двух или нескольких частиц происходит постепенная перестройка связей между атомами. При этом одни связи разрываются, а другие образуются, и из исходных веществ получаются продукты реакции.

В исходном состоянии вещества обладают одним запасом (внутренней) энергии, а в конечном другим. В ходе химического превращения достигается некоторое промежуточное состояние, так называемое переходное состояние, когда одни связи растянулись, но еще не разорвались, а новые связи еще не образовались.

5

Это промежуточное образование также называется активированным комплексом. Активированный комплекс в переходном состоянии находится на вершине потенциального барьера, поэтому очень неустойчив, его нельзя считать промежуточной частицей. В данном случае можно говорить, что промежуточный комплекс находится в непрерывном образовании и разрушении в процессе перехода через потенциальный барьер.

Таким образом, элементарной стадией химической реакции называется сумма актов химического превращения при одновременном сближении (столкновении) одной или нескольких частиц. Т.е. элементарная простая реакция – это реакция, протекающая в одну стадию, механизм которой передается стехиометрическим уравнением. При этом коэффициенты перед формулами реагентов должны быть минимальными целыми числами [2]. Здесь энергия связей перераспределяется между атомами с образованием активированного комплекса с его последующим распадом и получением новых частиц. В случае мономолекулярного акта образование активированного комплекса происходит за счет перераспределения энергии между связями атомов внутри молекулы, как следствие ее активации в результате внешних воздействий.

В зависимости от числа исходных частиц, участвующих в элементарном акте, говорят о молекулярности элементарной стадии.

В мономолекулярной стадии в элементарном акте участвует одна частица и молекулярность равна единице. В бимолекулярной стадии молекулярность равна двум, в тримолекулярной – трем. Тримолекулярные стадии встречаются редко, т.к. одновременная встреча трех частиц в элементарном акте химического превращения маловероятна. А четырех молекулярные элементарные стадии в действительности не встречаются, т.к. одновременная встреча четырех частиц – событие с вероятностью близкой к нулю.

1.4. Сложные реакции

Если в уравнении химической реакции сумма стехиометрических коэффициентов исходных веществ больше трех, то такая реакция – сложная, т.е. она протекает через несколько элементарных стадий, например, в реакции:

участвуют девять частиц и сумма стехиометрических коэффициентов равна девяти. В зависимости от фазового состояния компонентов

6

(исходных веществ и продуктов) сложные реакции разделяют гомогенные и гетерогенные, а также гомофазные и гетерофазные. Гомогенные реакции протекают в одной фазе

(в смеси газов, в жидком растворе, и реже – в твердой фазе). Гетерогенные реакции протекают на границе двух фаз: Т – Ж, Ж – Г, Т – Г (Т – твердое вещество, Ж – жидкость, Г – газ/пар).

Гомофазные – это реакции, в которых все компоненты и стабильные промежуточные вещества находятся в одной фазе.

Реакция:

является гомогенной и гомофазной, т.к. она проходит в одной газообразной фазе, и все компоненты находятся в газообразном состоянии.

А реакция синтеза протекает на поверхности катализатора – платины, поэтому она гетерогенная гомофазная:

Реакцию:

относят к гетерогенной гетерофазной. Она проходит на границе двух твердых фаз (Т – Т), а компоненты находятся в двух разных фазах.