8.3 Реакционная способность веществ

Реакционная способность – склонность веществ вступать с большей или меньшей скоростью в различные реакции. Реакционная способность определяется сравнительно с другими соединениями подобного строения. Качественно о реакционной способности судят по числу и разнообразию превращений, в которые способно вступать вещество. Количественной мерой реакционной способности служит константа скорости реакции, а для обратимых реакций – константы равновесий.

Скорость химической реакции определяется изменением концентрация реагирующих веществ в единицу времени. Она зависит от многих факторов: природы реагентов, концентрации реагирующих веществ, температуры, давления, наличия катализаторов, состояния кристаллической решетки твердых реагентов и продуктов, если такие имеются в системе и т.д..

Раздел химии, изучающий скорости химических реакций, называется химической кинетикой. Скоростью гомогенной химической реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции в единицу времени в единице объема системы.

Наиболее реакционноспособными являются частицы, которые имеют неиспользованные валентности. Согласно электронной теории валентности, при образовании химических связей атомы приближаются к достижению наиболее устойчивой (т.е. имеющей наименьшую энергию) электронной конфигурации. Так, атомы благородных газов (гелий, неон, криптон и др.) с трудом образуют химические связи, потому что они имеют устойчивую внешнюю оболочку. Атомы водорода и хлора легко вступают в химические реакции.

Для того чтобы произошла химическая реакция, молекулы исходных веществ должны столкнуться, т.е. должны обладать достаточной кинетической энергией. Такие молекулы называются активными. Число активных молекул возрастает с ростом температуры. Поэтому скорость химических реакций с ростом температуры увеличивается. Столкновение активных молекул приводит к образованию активированного комплекса. Энергию, необходимую для превращения веществ в состояние активированного комплекса, называют энергией активации. Реакционная способность веществ определяется величиной энергии активации.

Химические превращения протекают с выделением или поглощением энергии (соответственно, экзотермические и эндотермические реакции). Обычно энергия выделяется или поглощается в виде теплоты. При некоторых реакциях наблюдается выделение или поглощение лучистой энергии. При реакциях, протекающих со взрывом, происходит частичное превращение внутренней энергии реагирующих веществ в механическую.

Скорость реакции изменяется в присутствие катализаторов. Катализаторами называются вещества, не расходующиеся в процессе реакции, но влияющие на ее скорость. В большинстве случаев действие катализаторов объясняется снижением энергии активации. В присутствии катализатора реакции проходит через другие промежуточные стадии, чем без него, причем эти стадии энергетически более доступны. Другими словами, в присутствии катализатора возникают другие активированные комплексы.

В момент самой реакции катализатор активно участвует в химическом процессе, как и реагенты. Но к концу реакции между ними возникает принципиальное отличие – реагенты изменяют свой химический состав, превращаясь в продукты, а катализатор выделяется в первоначальном виде. Чаще всего роль катализатора заключается в увеличении скорости реакции, хотя некоторые катализаторы не ускоряют, а замедляют химический процесс. Явление ускорения химических реакций благодаря присутствию катализаторов, носит название катализа, а замедление – ингибирования. В химической промышленности катализаторы применяются весьма широко. Под влиянием катализаторов реакции могут ускоряться в миллионы раз.