ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
совокупность атомов. В начале процесса они сгруппированы в исходные частицы (молекулы, ионы, радикалы и т.п.), а
к концу процесса – в продукты химической реакции.
Например, в реакции CO
2
+ 3H
2
→ CH
3
OH + H
2
O в элементарном акте химической реакции участвует система, со-
стоящая из девяти атомов углерода, водорода и кислорода, которые сначала входили в молекулы диоксида углерода и
водорода, а в конце процесса – в молекулы воды и метанола. В ходе элементарного акта химической реакции система
атомов проходит через ряд промежуточных состояний.
Последовательность промежуточных состояний, через которые проходит система атомов в ходе элементарного
акта, называется путём реакции.
Независимо от того, каким путём проходил элементарный акт химической реакции AB + C → A + BC, система переходит
из состояния
AB + C в промежуточное состояние с образованием ABC. При этом происходит некоторое возрастание энергии.
Потенциальная энергия в точке перевала обозначается
E
a
и отсчитывается от уровня AB + C (рис. 2.1).
Затем система переходит в состояние
A + BC, и её энергия понижается. В этом случае говорят, что система в ходе
элементарного акта преодолевает потенциальный барьер. Состояние системы атомов
ABC, соответствующее E
a
, называ-
ется переходным состоянием или активированным комплексом.
Рис. 2.1. Изменение энергии в ходе элементарного акта реакции
Предположим, что система атомов совершает гармонические колебания. Тогда на основании квантово-механической тео-
рии можно считать, что энергия колебаний
E в молекулах не может быть меньше чем (hν)
/
2 для отдельного колебания. Отсю-
да полная энергия системы атомов в исходном состоянии не может быть меньше некоторой нулевой энергии:
E
0
= h
(ν
1
+ ν
2
+ ν
3
+ … + ν
i
)
/2,
где h – постоянная Планка; ν
i
– частота колебаний атомов в исходном состоянии.
Активированный комплекс обладает дополнительными колебаниями с энергией не меньшей
)(
0
′
≠
E = h
(ν
1
+ ν
2
+ ν
3
+ … +
ν
j
)
/2,
где ν
j
– частота колебаний атомов активированного комплекса.
Следовательно, полная энергия активированного комплекса не может быть меньше его нулевой энергии:
≠
0
E = E
0
+ )(
0
′
≠
E .
Отсюда, для протекания элементарного акта химической реакции система атомов должна обладать энергией, не меньшей
нулевой энергии активированного комплекса. Разность нулевых энергий системы в исходном и переходном состояниях
называют истинной энергией активации и обозначают
E
a
.
Истинной энергией активации элементарного акта химической реакции называется минимальная энергия, которой
должна обладать исходная система атомов сверх своей нулевой энергии для осуществления химического превраще-
ния.
Для обратной реакции (превращение продуктов реакции в исходные вещества) истинная энергия активации
a
E
′
рав-
на разности нулевой энергии активированного комплекса и нулевой энергии продуктов реакции. Учитывая вышеизло-
женное, можно прийти к выводу, что в ходе обратимой реакции высвобождается энергия при абсолютном нуле темпера-
туры в расчёте на один моль:
Q =
a
E
′
– E
a
= E
0
–
0
E
′
.
Эта энергия является тепловым эффектом химической реакции при абсолютном нуле температуры (рис. 2.1).
Любой химический процесс является экзотермическим в одном направлении и эндотермическим в обратном на-
правлении.
Истинную энергию экзотермического процесса называют активационным барьером (E
*
).
С учётом этого определения для экзо- и эндотермического направлений химической реакции будем иметь
E
a, экз.
= E
*
; E
a, энд.
= E
*
+ Q.
2.7. ТЕОРИЯ АБСОЛЮТНЫХ СКОРОСТЕЙ
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Скорость, константу скорости и энергию активации химической реакции обычно определяют экспериментально при
некоторых заданных условиях. Если при расчёте кинетических параметров химических реакций использованы экспери-
A
B
C
A
+ BC
A
B + C
Q
a
E
′
E
a
0
E
′
E
0
U
Путь реакции
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- …
- следующая ›
- последняя »
