Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Вивчивши зміст глави 11, студенти повинні:

знати

  • • практичне значення темпу протікання хімічних реакцій;
  • • характеристики темпу хімічних реакцій - швидкість і період полупревращения;
  • • поняття про кінетичних рівняннях і кінетичні рівняння першого і другого порядку;
  • • фактори, що впливають на швидкість гомогенних і гетерогенних хімічних реакцій;
  • • сутність каталізу і його практичне застосування;

вміти

  • • розраховувати швидкість хімічної реакції при відомій константі швидкості і концентраціях речовин;
  • • розраховувати константу швидкості при зміні температури;
  • • розраховувати період полупревращения при відомій константі швидкості;

володіти

  • • методами визначення швидкості реакції при зміні умов;
  • • навичками вибору умов, що сприяють проведенню реакції з необхідною швидкістю.

Термодинамічний і кінетичний фактори хімічних реакцій

У гл. 9 і 10 показано, що хімічна термодинаміка дає відповідь на питання про направлення мимовільного протікання хімічних реакцій і теоретично можливої ступеня перетворення вихідних речовин у продукти. Але ми знаємо також, що в навколишньому середовищі є багато нестійких речовин, а також таких речовин, які можуть реагувати між собою, але тим не менш реакції між ними не спостерігаються. У природі є два речовини з широкими можливостями для хімічної взаємодії. Це кисень і вода. Горіти і окислюватися за участю кисню можуть всі органічні речовини - і тс, що входять до складу рослин і тварин, і ті, що знаходяться в складі дерев'яних виробів, паперу, харчових продуктів, предметів одягу. Всі реакції горіння характеризуються великими негативними значеннями А Г С ° і повинні йти мимовільно. Фактично ці реакції починаються при підпалюванні, а в звичайних умовах їх швидкість кульова.

Приблизно те ж саме можна сказати і про реакції з водою. Вода здатна розкладати багато речовин. Такі реакції називаються гідролізом. Серед природних речовин можуть гидролизоваться білки, полісахариди, полінуклеотіди. Це твердження також засновано на тому, що реакції гідролізу перерахованих речовин характеризуються негативними значеннями A r G °. Однак добре відомо, що ці речовини утворюють необхідні для життя клітинні структури, знаходяться в клітинах, що містять до 80% і більше води. Можна зробити висновок, що якщо і йде їх гідроліз, то зовні це не помітно.

Вище вже було сказано, що системи, в яких термодинамічно можливі реакції не йдуть, називаються загальмованими. У цьому понятті мається на увазі повільність певних реакцій. Вся біосфера в цілому являє собою загальмовану систему, і на цей висновок не впливає той факт, що в біосфері не тільки протікають вкрай повільні, але спостерігаються і швидкі процеси.

Якщо навіть не торкатися цих прикладів, що мають фундаментальну важливість для існування життя, то і в лабораторній і в заводській хімії ми зіткнемося з мимовільними реакціями, одні з яких йдуть дуже швидко, інші досить повільно, а треті практично взагалі не йдуть.

З усього цього випливає уявлення про два фактори здійсненності хімічних реакцій - термодинамическом і кінетичному.

Під термодинамічним фактором мається на увазі можливість самовільного протікання процесу, глибина перетворення, тобто величина константи рівноваги, і умови зміщення рівноваги в бажаному напрямку.

Термодинамічний фактор сприятливий в наведених прикладах реакцій з киснем і водою.

Під кінетичним фактором мається на увазі можливість існування систем в термодинамічно нестійких станах, швидкість що протікають в них процесів і способи їх прискорення або уповільнення.

Повільність термодинамічно можливих реакцій органічних сполук є однією з умов існування життя. В області виробництва хімічних продуктів також зустрічаються нестійкі індивідуальні речовини і суміші, здатні розкладатися (вибухові речовини), окислюватися і т.д. Деякі з них досить «загальмовані» і можуть зберігатися без спеціальних заходів захисту. В інших випадках застосовуються спеціальні добавки, які виконують роль стабілізаторів і антиоксидантів. Ці речовини уповільнюють перебіг небажаних процесів.

Отже, повільність деяких найважливіших хімічних реакцій обумовлює постійну неравновесность біосфери і кожного окремого живого організму. Але звідси зовсім не випливає висновок, що позитивну роль грають тільки повільні реакції. Сутність життєдіяльності будь-якої клітини полягає в постійному протіканні складного комплексу реакцій, серед яких реакції окислення, синтез білків та інших речовин, необхідних для існування клітини, подвоєння молекул ДНК при діленні клітини і багато інших. Всі ці реакції можуть йти зі швидкістю, необхідної для підтримки життя клітини, тільки за участю ферментів - особливих каталізаторів, що прискорюють біохімічні реакції. Подібним же чином у виробничих умовах багато хімічних реакцій протікають при оптимальному поєднанні дії термодинамічної і кінетичного факторів.

Розділ хімії, предметом якого є швидкості хімічних реакцій, називається хімічною кінетикою. Його завдання полягає у вивченні факторів, що впливають на швидкості реакцій, виборі умов проведення промислових хімічних процесів, прогнозуванні можливості здійснення нових хімічних реакцій.

 
<<   ЗМІСТ   >>