МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Курсовая работа по физической химии

на тему:

«Тримолекулярные реакции»

Преподаватель:

к.х.н. Белая Н.И.

Донецк 2012

Содержание

Введение 3

1. Тройные соударения и тримолекулярные реакции 4

2. Теория соударений 7

3. Сечение процесса 10

4. Зависимость константы скорости тримолекулярной реакции от температуры 11

5. Тримолекулярные реакции в теории активированного комплекса 14

6. Cхема тримолекулярных взаимодействий, использующая симметризованный набор бимолекулярных актов 15

Вывод 22

Список использованной литературы 23

Введение

Результатом любого химического процесса является перестройка частиц исходных веществ в частицы продуктов реакции. Каждое превращение исходной или промежуточной частицы или нескольких частиц при их непосредственном взаимодействии друг с другом, приводящее к изменению их химического строения, является эле­ментарным актом химического превращения. Совокупность всех химически однотипных элементарных актов составляет элементар­ную реакцию, или элементарную стадию химического превращения. Перестройка частиц реагентов в частицы продуктов может происхо­дить в один элементарный акт или путем нескольких последователь­ных элементарных актов [2].

Молекулярность элементарной реакции — число частиц, которые, согласно экспериментально установленному механизму реакции, участвуют в элементарном акте химического взаимодействия.

Мономолекулярные реакции — реакции, в которых происходит химическое превращение одной молекулы.

Бимолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении двух частиц (одинаковых или различных)

Тримолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении трех частиц

Реакции с молекулярностью более трёх неизвестны.

Целью моей курсовой работы является изучение тримолекулярных реакций на основе доступных современных отечественных и зарубежных литературных источников.

1. Тройные соударения и тримолекулярные реакции

В качестве элементарных реакций в газовой фазе тримолекулярные соударения не являются распространёнными, поскольку даже в хаотических броуновских движениях очень мала вероятность одновременных столкновений трёх частиц. Вероятность тримолекулярной стадии резко возрастает, если она протекает на границе раздела фаз, и фрагменты поверхности конденсированной фазы оказываются её участниками. За счёт подобных реакций часто создаётся основной канал изъятия у активных частиц избыточной энергии и их исчезновения в сложных превращениях.

Рассмотрим тримолекулярное превращение вида:

Качественная модель последовательных бимолекулярных соударений:

1. А + В → АВ АВ + С → Продукты

2. А + С → АС АС + В → Продукты

3. С + В → СВ СВ + А→ Продукты

Основное допущение основано на детальном равновесии на первой стадии:

Квазиравновесный режим образования бимолекулярных комплексов

Результирующая константа скорости должна принять вид:

Комбинация трёх энергий активации создаёт формальное разнообразие возможных вариантов механизма (рис. 1).

Рисунок 1 "Зависимость энергии активации от координаты реакции"

При этом «наблюдаемая» энергия активации тримолекулярной реакции может оказаться и отрицательной величиной.

Для реакции :

2NO + O₂ → 2NO₂

Подобная трактовка тримолекулярных реакций принадлежит Траутцу. Её не следует переоценивать. Это лишь качественная теория. Она не в состоянии объяснить все особенности таких реакций. Это возможно лишь на основе ТАК, которая не ограничена лишь вышеприведенным простейшим выводом, и требует значительно более глубокого анализа на основе статистической механики.

Тримолекулярная реакция валентно-ненасыщенных частиц:

2NO + O₂ → 2NO₂

2NO + Cl₂ → 2NOCl

2NO + H₂ → N₂O + H₂O

Cтехиометрические уравнения баланса вовсе не обязаны соответствовать схеме элементарных актов.

Тримолекулярными являются также очень важные реакции рекомбинации валентно-насыщенных частиц в превращениях типа:

,

где R1, R2- обладающие свободной валентностью атомы или молекулярные свободные радикалы, а M - любая третья частица. С формально-кинетической точки зрения всякий такой процесс выглядит как процесс второго порядка, и третья частица не учитывается в материальном балансе и не определяет стехиометрию процесса.

Её функция состоит только лишь в отводе избытка энергии от образующейся частицы

Тримолекулярные процессы подобного рода протекают на стенках сосуда, и символом M будут уже обозначены центры соударения на стенке. Их присутствие без специальных приёмов не обнаружимо, и роль этих стадий будет замаскирована в виде концентрационных сомножителей в эффективных константах скоростей. Роль таких стабилизирующих тройных столкновений тем выше, чем более эффективно они способны отводить выделяющуюся избыточную энергию, а она тем выше, чем больше атомов в молекуле третьей частицы M. Это вызвано тем, что с увеличением размера частицы растёт число колебательных степеней свободы, и за счёт именно их возбуждений растёт вероятность отвода энергии на межатомные связи молекулы M от вновь образуемой молекулы продукта [6].