ТЕОРИЯ АКТИВИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА (ТАК) ИЛИ ТЕОРИЯ ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯ (ТПС).
Теории химической кинетики. Теория активных столкновений (ТАС).
Основные предпосылки: 1. Молекулы представляют в виде шариков. 2. Для того, чтобы произошло взаимодействие, необходимо столкновение. 3. Процесс протекает только в том случае, если энергия столкновения больше или равна определенному значению энергии, которая называется энергией активации. В основу этой теории положено два учения: молекулярно-кинетическая теория и теория Больцмана. Вывод уравнения ТАС. z – общее число столкновений в единицу времени. z= Д – эффективный диаметр молекул; n – число молекул в единице объема; M – молекулярная масса. С помощью закона Больцмана определяем количество активных столкновений z , т.е. таких, в которых энергия превышает энергию активации: z Тогда доля активных столкновений составит: Рассмотрим бимолекулярную газовую реакцию типа: 2А , где Р – продукты реакции. Например, это может быть разложение йодистого водорода: 2HJ Теперь заметим, что в результате каждого активного столкновения расходуется две молекулы исходного вещества. Поэтому количество прореагировавших молекул в единице объема будет равна удвоенному количеству активных столкновений в то же время и в том же объеме: или ( ) Отсюда видно, что скорость реакции зависит от квадрата концентрации. = k k=k уравнение Аррениуса Сравнение этих уравнений позволяет установить физический смысл предэкспоненциального множителя k , который оказывается пропорциональным общему количеству столкновений всех молекул в единице объема за единицу времени. В общем виде уравнение Аррениуса для всех типов реакций часто пишут в виде: k=z уравнение Аррениуса Константа, рассчитанная по этому уравнению, не дает совпадения с экспериментальными данными. Для корректировки в это уравнение вводят стерический фактор р. Тогда уравнение Аррениуса с точки зрения ТАС запишется следующим образом: k = pz Считается, что стерический фактор отличается от единицы потому, что для осуществления реакции необходима определенная ориентация реагирующих молекул. В этом уравнении Е – энергия активации, рассчитанная по ТАС, абсолютная (истинная) энергия активации, а экспериментальная – эффективная энергия активации. Е Факты, которые не объясняет ТАС: 1. Не дает метода теоретического расчета энергии активации. 2. Не объясняет протекания в растворах. 3. Не объясняет природы стерического фактора. МОНОМолекулярные реакции с точки зрения ТАС. Теория Линдемана. В элементарном акте мономолекулярной реакции участвует всего одна молекула. В соответствии с теорией активных столкновений реакция начинается со встречи двух активных молекул. Количество столкновений пропорционально квадрату концентраций. Поэтому, казалось бы, что мономолекулярные реакции, как и бимолекулярные, должны иметь порядок, равный двум. Но многие мономолекулярные реакции описываются уравнением первого порядка, причем порядок реакции может изменяться при изменении концентрации (давления) и быть дробным. Объяснение механизмов газовых мономолекулярных реакций дано Линдеманом. Он предположил, что после столкновения активные молекулы могут не только распадаться на продукты реакции, но и дезактивироваться. Механизм реакции представляется двухстадийным: 1) A+A 2) A – активная молекула. На первом этапе происходит перераспределение энергии, в результате чего одна молекула становится активной, а другая дезактивируется. На второй стадии оставшиеся активные молекулы мономолекулярно превращаются в продукты реакции. Рассмотрим стационарный процесс: Выразим концентрацию активной частицы А*: . Подставим это выражение в выражение скорость определяющей стадии (вторая стадия): уравнение Линдемана Анализ уравнения Линдемана:
1. СА – очень маленькая. В этом случае промежутки между столкновениями молекул настолько велики, что дезактивация происходит редко. Распад активных молекул на продукты происходит без затруднений; лимитирующей стадией является стадия активации. В связи с этим в уравнении Линдемана пренебрегаем в знаменателе относительно k3 ( << k3). ; n=2 (второй порядок реакции) 2. СА – очень большая. В этом случае лимитирующей стадией является стадия вторая, мономолекулярная. Затрудненность этой стадии объясняется тем, что активные молекулы часто теряют избыточную энергию при столкновении и не успевают образовывать продукты реакции. Тогда в уравнении Линдемана в знаменателе можно пренебречь k3 относительно ( >>k3). ; n=1 (реакция первого порядка) 3. СА – средняя. В этом случае мономолекулярные реакции могут иметь дробный порядок (1<n<2).
ТЕОРИЯ АКТИВИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА (ТАК) ИЛИ ТЕОРИЯ ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯ (ТПС).
Основным представлением ТАК является положение о том, что всякая химическая реакция протекает через образование некоторого переходного состояния, которое затем распадается на продукты данной реакции. Основные положения теории: 1. В ходе процесса молекулы постепенно приближаются друг к другу, в результате чего меняются межъядерные расстояния. 2. В ходе реакции образуется активированный комплекс, когда один из атомов становится как бы обобществленным, и межъядерное расстояние становится одинаковым. 3. Активированный комплекс превращается в продукты реакции. Например, реакцию разложения йодоводорода можно представить следующим образом: Сначала две молекулы HJ расположены достаточно далеко друг от друга. При этом существует взаимодействие лишь между атомами в молекуле. После сближения на достаточно короткое расстояние начинают возникать связи между атомами, входящими в состав разных молекул, и связи H – J становятся более слабыми. В дальнейшем они ещё более ослабевают и полностью разрываются, а новые связи H – H и J – J, наоборот, упрочняются. В результате происходит перегруппировка атомов и вместо исходных молекул НJ образуются молекулы Н2 и J2. В процессе сближения и перегруппировки атомов молекулы образуют некоторый малоустойчивый активированный комплекс из двух молекул водорода и двух молекул йода; комплекс существует очень недолго и в дальнейшем распадается на молекулы продуктов. На его образование необходима затрата энергии, равная энергии активации. Представление об активированном комплексе и об энергии активации подтверждается с помощью энергетических диаграмм, построение которых используется в ТАК. Активированный комплекс всегда имеет избыток энергии по сравнению с энергией реагирующих частиц.
А–В+D → A+B–D переходное состояние
Е1 – энергия связи BD без А. Е2 – энергия связи АB без D. Е3 – энергия связи переходного состояния. Е4 – энергия свободных атомов. Е3 – Е2 = Е активации прямой реакции. Е2 – Е1 = ∆Н тепловой эффект реакции. Е4 – Е2 – энергия разрыва связи АВ. Е4 – Е1 – энергия разрыва связи ВD.
Так как энергия разрыва связей Е4 >> Е активации, то реакция протекает с образованием активированного комплекса без предварительного разрыва связей.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1020)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |