1. Понятие элементарной реакции

Элементарной реакцией (элементарной стадией) называют совокупность одинаковых элементарных актов химического взаимодействия.

Под элементарным актом химического взаимодействия понимают превращение одной или нескольких молекул, в ходе которого система преодолевает один энергетический барьер в одном направлении. Промежуточных продуктов при этом не образуется. Высшая точка на энергетической кривой соответствует переходному состоянию от исходных веществ к конечным веществам. Это состояние называют также активированным комплексом.

Отметим, что ΔН_х.р. = Е_{акт. прям.} - Е_{акт. обр.}

Для данного случая (рис. 3.2) ΔН_х.р.˂ 0, реакция экзотермическая.

2. Простые по механизму и стехиометрически простые реакции

Простая по механизму реакция состоит из двух элементарных реакций, протекающих в противоположных направлениях, и, так же как элементарная стадия, не имеет промежуточных соединений. Превращение в прямом и обратном направлении в простой реакции происходит через одно переходное состояние. Элементарные и простые по механизму реакции в «чистом виде» встречаются редко.

Если превращения в системе можно описать одним уравнением, то говорят о стехиометрически простой реакции. По существу, реакция может проходить через какие-то промежуточные стадии, но если в условиях данного процесса концентрации промежуточных продуктов малы, и они не учитываются в материальном балансе, то реакция будет считаться стехиометрически простой (все превращения в системе описываются одним уравнением).

Энергетическая диаграмма подобной стехиометрически простой, но сложной по механизму реакции может выглядеть следующим образом.

Стехиометрическое уравнение этой реакции: А + В + С = Р

3. Скорость химической реакции.

Скорость химической реакции по i –тому веществу (r_i) в гомогенной системе определяется как количество вещества, реагирующее или образующееся в единицу времени в единице объема фазы V, в которой происходит химическое превращение (при V = const):

Для реагентов производная - отрицательна, а для продуктов – положительная, n_i - количество молей вещества, τ - время.

Для процессов, протекающих при постоянном объеме в закрытой системе: , где с_i – молярная концентрация вещества, моль/л.

Скорость реакции является функцией параметров системы: давления, концентраций реагентов, продуктов, катализатора, если он есть, и температуры.

Для систем при постоянном объеме эти параметры связаны между собой так, что давление является вполне определенным, если заданы температура и концентрации компонентов.

Элементарную реакцию от сложной (по механизму) отличает отсутствие промежуточных продуктов. Скорость элементарной реакции может быть описана законом действия масс. Для реакции (аА + вВ → сС + dD) уравнение:

Скорость элементарной реакции пропорциональна концентрациям реагентов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Для газофазных реакций вместо концентраций используют парциальные давления веществ. Коэффициент пропорциональности – константа скорости элементарной реакции.

1. Зависимость скорости от температуры.

Зависимость константы скорости элементарной реакции от температуры описывают уравнением Аррениуса.

где А – предэкспоненциальный член, Е – энергия активации, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Энергия активации равна той избыточной энергии, которой должны обладать молекулы, чтобы они могли прореагировать друг с другом. Величина энергии активации соответствует энергетическому барьеру как для прямой – Е_прям, так и для обратной реакции – Е_обр.

В случае экзотермической реакции Е_прям. < Е_обр. Для эндотермической реакции соответственно наоборот.

Эндотермическая