В подавляющем большинстве химические реакции протекают через ряд промежуточных стадий — элементарных процессов, в которых участвуют и стабильные молекулы, и неустойчивые свободные радикалы или ионы. Одностадийные реакции являются скорее исключением. В качестве примера можно привести окисление солей железа (II) кислородом в кислых растворах. Стехиометрическое уравнение реакции имеет вид:
4Fe2+ + 4H+ + О2 = 4Feз+ + 2 H2O
В соответствии с уравнением следует ожидать прямого взаимодействия четырех ионов железа, четырех ионов водорода и одной молекулы кислорода. Но такой путь невозможен по двум причинам:
1.Одновременное соударение девяти частиц — почти невероятное событие.
2. Восемь из этих частиц несут одноименный заряд и, следовательно, при сближении будут электрически отталкиваться.
Специальные исследования показали, что окисление идет через семь стадий:
1.Fe2++ О2 → Feз+ + О2-
2. О2- + H+ → HО2*
3. Fe2+ + HО2*→ Feз++ HО2-
4. HО2- + H+ → H2О2
5. H2О2 + Fe2+→ Feз+OH- + *OH
6. Fe2++*OH→ Feз+ + OH-
7. OH- + H+ → H2O
И все же такой путь намного энергетически выгоднее, поскольку он исключает соударения более двух частиц, и ни на одной из стадий не сталкиваются одноименно заряженные частицы.
Совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция, составляет ее механизм.
Многостадийность реакций приводит к тому, что экспериментально наблюдаемые кинетические уравнения их не соответствуют сте-хиометрическим уравнениям. Согласно опытным данным, окисление ионов железа идет со скоростью: v = k• [Fe2+]2∙[O2]. Как следует из стехиометрических уравнений, ожидаемый суммарный порядок для реакции равен 9, а фактически он равен 3.
Подобного рода расхождения позволяют определенно утверждать, что данная реакция является сложной и включает совокупность параллельных или последовательных элементарных процессов. В соответствии с этим закон действующих масс в полной мере применим лишь к одностадийным реакциям. В случае многостадийных реакций зависимость их скорости от концентрации исходных веществ может быть рассчитана аналитически или установлена опытным путем.
Ваша оценка?
