19. Ланцюгові реакції. Каталіз і каталізатори.

Каталіз (від грец. — розпад) — зміна швидкостей хімічних реакцій чи їх збудження внаслідок дії речовин (каталізаторів), які беруть участь у процесах, однак не входять до складу кінцевих продуктів. Зазвичай під терміном каталіз розуміють явище, коли в присутності каталізатора відбувається «позитивний каталіз», тобто збільшення швидкості реакції.

Каталізатор може багаторазово брати участь у хімічних взаємодіях, у кількості набагато меншій за кількість реагуючих речовин. Також застосовуються речовини, що сповільнюють хід реакції — інгібітори або антикаталізатори.

Ланцюговими називають реакції, які протікають через ряд елементарних реакцій, що регулярно повторюються. Вони досить поширені. За таким механізмом протікають реакції горіння, галогенування, полімеризації тощо. Засновниками сучасної теорії ланцюгових реакцій є радянські вчені Д. В. Алєксєєв та М. М. Семенов.

Ланцюгом називається послідовність протікаючих один за одним елементарних актів – циклів регенерації. Якщо при розвитку ланцюга число активних часток залишається незмінним, то така реакція називається нерозгалуженою; коли ж на зміну одній активній частинці приходить велика кількість таких же частинок – це розгалужена реакція.

Для лацюгових реакцій характерні три стадії: 1 – зародження; 2 – розвиток; 3 – обрив ланцюга.

Зародження ланцюга починається із утворення активної частинки, що потребує затрати енергії. Активними проміжними продуктами (індукторами) є вільні атоми чи радикали, які мають неспарені електрони й не можуть довго існувати.

Розвиток ланцюга є періодичним повторенням стадій реакції за участю активних молекул, які називаються ланками ланцюга.

Середня кількість ланок ланцюга, утворених однією активною частинкою, називається довжиною ланцюга.

Обрив ланцюга відповідає зникненню активних частинок. Він має місце при зіткненні двох вільних атомів чи радикалів (рекомбінації).

20. Хімічна рівновага. Принцип Ле Шательє.

Реакції, що протікають до кінця, тобто до повного перетворення вихідних речовин у продукти реакції, називаються необоротними. Оборотними називаються реакції, які протікають в двох протилежних напрямках одночасно. Така хімічна система з часом приходить в стан динамічної рівноваги, коли швидкості прямої та зворотної реакцій однакові (молекулярно-кінетична умова):

  .

Переведення рівноважної хімічної системи з одного стану рівноваги в інший називається зміщенням хімічної рівноваги, яке здійснюється зміною термодинамічних параметрів системи. Напрямок зміщення можна визначити за допомогою принципу Ле Шательє:

якщо рівноважну систему піддати зовнішній дії, то в ній протікають зміни, направлені на зменшення цієї дії.

Збільшення (зменшення) концентрації однієї із реагуючих речовин зміщує рівновагу в бік зменшення (зростання) його концентрації, тобто вправо (вліво), відповідно.

Збільшення тиску приводить до зменшення об’єму газоподібних речо­вин системи, що стимулює протікання реакції, яка супроводжується змен­шенням кількості газів.

Підвищення температури, що викликане поглинанням системою зовніш­ньої енергії, зміщує рівновагу в сторону ендотермічного процесу ( ); а зниження температури, викликане відводом із системи тепла, – в сторону екзотермічного процесу ( ).

Каталізатор на стан рівноваги не впливає, бо в однаковій мірі підвищує швидкість як прямої, так і зворотної реакцій.