Основные представления и законы химической кинетики. Теоретические основы кинетики гомогенных реакций. Миттова И.Я - 55 стр.

UptoLike

Рубрика: 

55
ABCDABCDABCD
++−+
!LLL!
или в случае, когда одна из разрываемых связей двойная , по схеме
ABCDABCDABCD
+=+−−
!LL!
&&&
.
Активированный комплекс одного и того же типа может реализоваться
в случае как гомолитического, так и гетеролитического процесса. Например,
реакции
С H
3
:
I
+ :
OH
CH
3
:
OH
+ :
I
и
CH
4
+
Cl
CH
3
+
HCl
идут через
линейный трехцентровый активированный комплекс. Однако первый про-
цесс является гетеролитическим связь
С
I
разрывается с переходом пары
электрона на атом I , а новая связь С О завязывается с участием неподелен -
ной пары электронов ОН
. Второй процесс, наоборот, является гомолитиче-
ским двухэлектронная связь Н С 1 образуется с участием неспаренного
электрона атома С 1 и одного из ls-электронов атома Н, участвующего в об -
разовании связи С–Н . Электронная пара, образующая эту связь , при этом
разрывается и второй электрон остается в виде неспаренного электрона на
атоме С .
Правила запрета реакций по спину и орбитальной симметрии
Одними из первых были сформулированы правила запрета на протека-
ние реакций по спину и орбитальному моменту (правило Вигнера- Витмера).
Первое из них гласит: реакция запрещена по спину, если среди спиновых со-
стояний молекул продуктов реакции нет ни одного состояния , совпадающего
с одним из спиновых состояний молекул исходных веществ . Согласно этому
правилу реакция
O + H OH
S
1
= 1 S
2
=
12
S
3
=
32
разрешена по спину. Действительно, для атома кислорода S
1
= 1, а для водо-
рода S
2
=
12
. Суммарный спин объединенной системы (О...Н ) может при-
нимать значения S
32
и
12
. Спин частицы ОН равен
12
. Таким образом ,
спиновое состояние ОН совпадает с одним из состояний объединенной сис-
темы исходных частиц и реакция разрешена по спину. Напротив, реакция
N
2
O N
2
+ O
S
1
= 0 S
2
= 0 S
3
= 1
Запрещена по спину, поскольку для исходного вещества S
1
= 0, а для реак -
ции суммарный спин принимает лишь одно значение, равное 1. Запрет по
спину может быть снят, если реакция протекает в отсутствии третьего тела
(молекулы или поверхности твердого тела), а также в электрическом и маг -
нитном поле.
Аналогичным образом формулируется и второе правило запрета реак -
ции по орбитальному моменту. Оно, однако, справедливо только для реак -
ций , протекающих через линейный активированный комплекс.
Здесь и в дальнейшем запрет на протекание реакции не следует пони-
мать буквально. Для реакций , запрещенных по спину или орбитальному мо-
менту, энергия активации так велика, что при обычных температурах хими-
ческое превращение протекает с ничтожно малой скоростью.
                                      55
                 A − B + C − D ! AL B L C L D ! A + B − C + D
ил и в сл учае, когдаоднаиз разры ваем ы х связей двойная, по схем е
                 A − B + C = D ! AL BLC &&& − D ! A+ B −C − D.
      Активированны й ком пл екс одного и того ж е типа м ож ет реал изовать ся
в сл учаекак гом ол итического, так и гетерол итического процесса. Н априм ер,
реакции С H3:I + :OH– → CH3:OH + :I– и CH4 + ⋅Cl → ⋅CH3 + HCl идут через
л инейны й трехцентровы й активированны й ком пл екс. О днако первы й про-
цесс явл яется гетерол итическим – связь С – I разры вается с переходом пары
эл ектрона на атом I, а новая связь С – О завязы вается с участием неподел ен-
ной пары эл ектронов О Н – . В торой процесс, наоборот, явл яется гом ол итиче-
ским – двухэл ектронная связь Н – С 1 образуется с участием неспаренного
эл ектрона атом а С 1 и одного из ls-эл ектронов атом а Н , участвую щ его в об-
разовании связи С –Н . Э л ектронная пара, образую щ ая эту связь , при этом
разры вается и второй эл ектрон остается в виде неспаренного эл ектрона на
атом еС .

       П р ав ила запр е т а р еакций поспину и ор бит альной сим м е т р ии
      О дним и из первы х бы л и сф орм ул ированы правил а запрета на протека-
ние реакций по спинуи орбитал ь ном ум ом енту(правил о В игнера-В итм ера).
П ервоеиз них гл асит: реакция запрещ енапо спину, есл и среди спиновы х со-
стояний м ол екул продуктов реакции нет ни одного состояния, совпадаю щ его
с одним из спиновы х состояний м ол екул исходны х вещ еств. С огл асно этом у
правил уреакция
       O + H → OH
      S1 = 1 S2 = 1 2       S3 = 3 2
разрешенапо спину. Д ействител ь но, дл я атом а кисл ородаS 1 = 1, адл я водо-
рода S2 = 1 2 . С ум м арны й спин объединенной систем ы (О ...Н ) м ож ет при-
ним ать значения S 3 2 и 1 2 . С пин частицы О Н равен 1 2 . Т аким образом ,
спиновое состояние О Н совпадает с одним из состояний объединенной сис-
тем ы исходны х частиц и реакция разрешенапо спину. Н апротив, реакция
      N2O → N2 + O
      S1 = 0 S2 = 0         S3 = 1
Запрещ ена по спину, поскол ь кудл я исходного вещ ества S1 = 0, а дл я реак-
ции сум м арны й спин приним ает л ишь одно значение, равное 1. Запрет по
спинум ож ет бы ть снят, есл и реакция протекает в отсутствии треть его тел а
(м ол екул ы ил и поверхности твердого тел а), а такж е в эл ектрическом и м аг-
нитном пол е.
      Анал огичны м образом ф орм ул ируется и второе правил о запрета реак-
ции по орбитал ь ном ум ом енту. О но, однако, справедл иво тол ь ко дл я реак-
ций, протекаю щ их через л инейны й активированны й ком пл екс.
      Здесь и в дал ь нейшем запрет на протекание реакции не сл едует пони-
м ать буквал ь но. Д л я реакций, запрещ енны х по спинуил и орбитал ь ном ум о-
м енту, энергия активации так вел ика, что при обы чны х тем пературах хим и-
ческоепревращ ениепротекает сничтож но м ал ой скорость ю .