РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.

КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ В РАСТВОРАХ.

Существует три типа реакций в растворах:

1. Скорость реакции не меняется в зависимости от среды.

2. Скорость реакции зависит от среды (например, ).

3. Реакции в растворах сильных электролитов ( (заряд ионов, ионная сила)).

I. ПРОТЕКАНИЕ РЕАКЦИИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ТАС.

1) Предположим, что:

, тогда

В этом случае скорость определяющей является вторая стадия, и растворитель не оказывает существенного влияния на скорость процесса.

2) , тогда

В этом случае скорость определяющей является стадия подвода вещества А к веществу В, которая определяется физическими свойствами среды.

                                                          скорость

                                                            /      \

                                          диффузия            вязкость

 

                                               

 

      r – расстояние между центрами         – вязкость среды

      молекул Аи В

      D – коэффициент диффузии

      Na – число Авогадро

 

Таким образом, по ТАС скорость реакции зависит от свойств растворителя в том случае, если скорость определяющей является 1 стадия, т. е. стадия подвода молекул друг к другу.

 

ПРОТЕКАНИЕ РЕАКЦИИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ТЕОРИИ АКТИВИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА (ТАК).

В основе этой теории лежит уравнение Эйринга:

, где

Для реакций в растворе, учитывая взаимодействие молекул с растворителем, мы должны вместо величины концентрации подставить величину активности.

; 

;

константа скорости в газовой фазе.

уравнение Бренстеда-Бьеррума

Мономолекулярные реакции.

Предполагаем, что , тогда

Скорость мономолекулярной реакции не зависит от характера среды.

 

ПРИМЕР.

Реакция         Среда            k∙10⁵

 

Разложение   Газовая фаза   3,4

            Хлороформ     3,7

                       Дихлорэтан     4,2

                       Нитроэтан       3,4

                                   4,1

 

Бимолекулярные реакции.

;

тогда вышеприведенное уравнение будет иметь вид:

Для медленной реакции Меншуткина

в гексане –

в ацетоне – 100

в нитробензоле – 1380

По ТАК важным фактором влияния растворителя на скорость реакции является значение коэффициента активности данного вещества в данной реакции.

 

РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.

В разбавленных растворах зависимость коэффициента активности иона от ионной силы раствора описывается уравнением Дебая-Хюккеля:

,

где  – коэффициент активности;

А – const, зависящая от растворителя;

z – заряд иона;

J – ионная сила раствора.

Заряд активированного комплекса в этом случае будет равен:

Прологарифмируем уравнение Бренстеда-Бьеррума:

 уравнение реакции в растворах электролитов

Для реакций в растворе электролитов характерно три вида соотношений . Рассмотрим все 3 вида. В координатах  при достаточно малых значениях  хорошо выполняется линейная зависимость.

1. Случай 1 наблюдается, если  или = 0 (т. е. имеются незаряженные частицы одного из веществ). Тогда .

2. Если заряды разноименные, то при ↑ ↓ (при увеличении ионной силы значение  падает).

3. Если ионы  и  одноименные, то при увеличении ионной силы увеличивается логарифмическое соотношение констант скоростей в газовой фазе и в растворе ( ↑ и ↑).  

 

Следует заметить, что данные закономерности соблюдаются лишь в случае сильно разбавленных растворов.

Более сложная зависимость дается уравнением Гаммета.

 

ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ.

Цепными называются реакции, при которых одна активная нестабильная частица взаимодействует с веществом с образованием одной или нескольких активных частиц.

Цепные реакции состоят из большого числа повторяющихся стадий:

I. Зарождение цепи.

II. Рост цепи.

III. Обрыв цепи.

По цепному механизму протекают процессы горения, многие фотохимические реакции, некоторые реакции полимеризации и поликонденсации при получении полимеров. По цепному механизму происходит распад ядер урана и плутония в атомных реакторах.

Цепные реакции делят на неразветвленные и разветвленные.

Неразветвленными называют цепные реакции, когда в процессе развития цепи число свободных валентностей в звене цепи остается постоянным.

(Боденштейн, 1918 г.)

Разветвленными называют цепные реакции, когда развитие цепи идет с увеличением свободных валентностей в звене цепи.

 

(Семенов Н. Н., 1926 г. Нобелевская премия)

Рассмотрим более подробно все три стадии цепной реакции.

 

I. Зарождение цепи.

Зарождение цепи начинается с элементарного химического акта, в результате которого в системе появляются частицы со «свободными валентностями» – атомы двухатомной молекулы или радикалы.

Радикальные частицы имеют по одному электрону на ВЗМО и отличаются высокой реакционной способностью.

1. Активные атомы. Например, в смеси  и  в газообразном состоянии молекулы  могут частично диссоциировать на атомы.

Атомарный бром может быть инициатором цепной реакции.

2. Активные радикалы. Например, при получении полимерных материалов в качестве инициаторов цепной реакции используют перекисные соединения. Пероксид бензоила распадается на радикалы:

Эти радикалы, присоединяясь по двойной связи к мономеру, образуют новую частицу со свободной валентностью.

 

II. Рост цепи.

Совокупность последовательных реакций продолжения цепи, из многократного повторения которой складывается цепной процесс, называется звеном цепи.

Длина цепи – число звеньев на стадии продолжения цепи.

 

III. Обрыв цепи.

1) Обрыв цепи может происходить за счет столкновения радикальных частиц со стенками сосуда

адс – адсорбированный.

2) Дезактивация может произойти за счет тройных соударений с молекулами примесей или инертных газов.

Двойные столкновения к дезактивации не приводят.