Химическая кинетика

Скорость любой реакции определяется по изменению концентраций реагирующих веществ, происходящему в единицу времени. Она зависит от строения реагирующих веществ (реагентов), их концентрации, температуры, давления, наличия катализатора и некоторых других факторов. Реакция становится возможной только при столкновениях молекул. Чем больше молекул в единице объема, тем чаще они сталкиваются друг с другом, тем быстрее преобразуются. В соответствии с законом действующих масс для реакции А + В ® С + Д скорость может быть выражена уравнением: v = К [A]*[B], где v – скорость реакции, К – константа скорости, отражающая влияние химической природы вещества и условий, в которых протекает реакция, на ее скорость, [A] и [B] – концентрация реагентов.

Большинство химических реакций в живых организмах являются обратимыми. В тот момент, когда скорость прямой и обратной реакций равны, устанавливается состояние динамического равновесия. Для каждой реакции концентрация исходных веществ и продуктов реакции в состоянии динамического равновесия различны. При неизменных внешних условиях равновесие может сохраняться неопределенно долго.

Не каждое столкновение реагентов приводит к их взаимодействию. Чтобы реакция началась, молекулы должны обладать определенным запасом энергии, достаточным для преодоления энергетического барьера, который создается межмолекулярными силами отталкивания и внутримолекулярными силами сцепления (прочностью химических связей). Когда энергетический барьер преодолен и реакция началась, в ходе ее может выделиться значительно больше энергии, чем затрачено на начало процесса. Количество энергии, необходимое грамм-молекуле реагента для вступления в реакцию, называется энергией активации и рассчитывается в кДж / моль. Чем больше в веществе молекул, способных преодолеть энергетический барьер, тем выше скорость его химических превращений. Запас энергии зависит от химической природы вещества и внешних условий. В обычных условиях только незначительная часть молекул вещества находится в активном состоянии. Активация их происходит при нагревании вещества , передаче лучистой энергии, столкновении с уже возбужденными молекулами. С повышением температуры на каждые 10^о С скорость реакции возрастает в среднем в 2-3 раза.

Энергетический барьер реакции снижают катализаторы. Каталитическая реакция идет через стадию образования промежуточного соединения реагентов с катализатором. При адсорбции реагирующих молекул на поверхности катализатора силы взаимного отталкивания между ними ослабевают. Влияние электрического поля катализатора приводит к деформации молекул реагентов, смещению электронов в них и сильному ослаблению связей, в результате чего энергия активации снижается. Образование продуктов реакции сопровождается регенерацией свободного катализатора.