Элементарная стадия и энергетический профиль
Элементарные стадии
Уравнение \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\) ничего не говорит о том, как молекулы на самом деле встречаются. Три молекулы одновременно почти никогда не сталкиваются; реакция идёт через десятки быстрых шагов с участием атомов и радикалов. Каждый такой шаг — элементарная стадия: один акт столкновения или распада.
Молекулярность — число частиц, участвующих в элементарном акте: мономолекулярная стадия (распад или перегруппировка одной молекулы), бимолекулярная (столкновение двух) и, очень редко, тримолекулярная. Для элементарной стадии — и только для неё — закон скорости следует прямо из уравнения: \(\ce{A + B -> P}\) идёт со скоростью \(k[\ce{A}][\ce{B}]\).
bookmarkМеханизм реакции
Набор элементарных стадий, которые в сумме дают уравнение реакции и объясняют наблюдаемый закон скорости.
lightbulbЛайфхак: проверка механизма сложением
Сложите все стадии предложенного механизма (с нужными множителями): промежуточные частицы должны сократиться, и получиться суммарное уравнение. Если что-то не сокращается или не хватает атомов — механизм записан неверно, и выводить закон скорости рано.
Энергетический профиль
Изобразим энергию системы вдоль пути реакции. Реагенты, чтобы превратиться в продукты, должны пройти через переходное состояние — самую высокую точку на пути, конфигурацию, в которой старые связи уже наполовину разорваны, а новые наполовину образованы. Его нельзя выделить: оно существует около \(10^{-13}\) с — время одного колебания. Если на пути есть впадина, в ней — промежуточная частица: у неё своё строение и время жизни, её можно обнаружить спектроскопией и даже выделить.
Энергия активации прямой стадии — от реагентов до вершины, обратной — от продуктов до той же вершины. Поэтому для элементарной стадии
infoИнтересный факт
Отдельные элементарные акты научились изучать в скрещённых молекулярных пучках: два пучка молекул встречаются в вакууме, и по углам и скоростям разлёта продуктов восстанавливают, как шло столкновение. За эти работы Дадли Хершбах, Юань Ли и Джон Поляни получили Нобелевскую премию 1986 года.
push_pinГлавное
Механизм — последовательность элементарных стадий; у элементарной стадии порядок равен молекулярности (1, 2, изредка 3). На энергетическом профиле переходное состояние — вершина (его нельзя выделить, оно живёт около \(10^{-13}\) с), промежуточная частица — впадина (её можно обнаружить). Для элементарной стадии \(E_a^\text{пр} - E_a^\text{обр} = \Delta H\).
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.