Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
Посмотреть оригинал

Факторы протекания химических реакций.

Химическая кинетика стремится «полезные» реакции заставить идти быстрее, а «вредные» - замедлить (понятно, что такое деление реакций весьма условно и зависит от конкретной задачи, решаемой химическим производством). Современная химическая кинетика учитывает широкий спектр факторов, влияющих на протекание реакций: воздействие растворителей, влияние примесей, влияние стенок реактора и др.[1] [2] Далее рассмотрим лишь некоторые из факторов, определяющих скорость и механизм протекания химических реакций.

Понимание такого механизма опирается на представления об атомно- молекулярной структуре веществ. Все химические превращения в растворе или в газовой фазе происходят при столкновении молекул: чем чаще молекулы встречаются, тем быстрее взаимодействие, причем число столкновений (а следовательно, и скорость реакции) зависит от концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ была сформулирована в 1867 г. норвежскими химиками К. Гульдбергом (1836—1902) и П. Вааге (1833—1900) как закон действующих масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Этот закон справедлив для наиболее простых реакций, протекающих в газах или растворах.

Однако не любые столкновения приводят к химической реакции: при малой энергии молекул старые химические связи не могут быть разорваны, поэтому реакция не идет. В свою очередь, энергия молекул зависит от температуры, поэтому температура и концентрация — те важнейшие понятия, которыми оперирует химическая кинетика. К ним добавляется давление в реакторе — как фактор управления концентрацией.

Для большинства химических реакций скорость протекания при повышении температуры на 10°С возрастает приблизительно в 2—4 раза (правило Вант-Гоффа). С ростом давления увеличивается концентрация (число молекул реагирующих веществ в единице объема) и число столкновений реагирующих молекул; пропорционально числу столкновений возрастает скорость реакции.

Для реакций, протекающих на поверхности реагирующих фаз вещества, существенную роль играет площадь этой поверхности: стружки сгорают быстрее полена такой же массы, а металлические опилки растворяются в кислоте быстрее металлического бруска.

Важный фактор управления реакциями — катализаторы, ускоряющие ход реакции, и ингибиторы, замедляющие эту скорость. Считается, что катализ был открыт в 1812 г. К. С. Кирхгофом (1764—1833), впервые получившим из крахмала сахар с помощью катализатора (серной кислоты H2S04). Термин «катализ» введен в 1835 г. шведским химиком И. Я. Берцелиусом (1779—1848).

Катализатор, образно говоря, — философский камень современного алхимика, но превращающий не свинец в золото, а сырье — в лекарства, пластмассы, химические реактивы, топливо и др.

В XX в. выяснилось, что катализаторы уменьшают энергию активации многих реакций: они образуют с исходным веществом промежуточные временные соединения, облегчая химическим веществам процесс разрыва старых химических связей и образования новых. Многие катализаторы — легкие твердые тела со множеством пор, внутри которых исходные вещества ненадолго соединяются с внешними атомами и молекулами катализатора, а затем образуют новые связи между атомами своих молекул и отрываются от поверхности катализатора в измененном виде.

Вехой в практическом применении катализа стало производство маргарина каталитическим гидрированием растительного масла, что было реализовано в промышленных масштабах около 1900 г. С 1930-х гг. осваиваются каталитические способы переработки нефти, которая состоит из нескольких каталитических процессов, в числе которых крекинг, гидросульфирование, полимеризация и др. По объему продукции это производство вскоре оставило далеко позади все другие.

Считается, что без синтетического аммиака, получаемого исключительно с помощью каталитических процессов, невозможно было бы прокормить и половину человечества. Области применения катализаторов постоянно расширяются.

  • [1] D — дейтерий (тяжелый водород) — изотоп водорода, ядро которого состоит из одногопротона и одного нейтрона.
  • [2] Подробнее см.: Кузнецов В. И. Общая химия : тенденции развития. С. 116—120.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы