Часть третьяКИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Кинетикой химических реакций называется учение о скоростях реакций. В кинетике рассматриваются факторы, определяющие скорости реакций, а также промежуточные состояния, при помощи которых достигается конечный результат. Кинетика химических реакций приобрела более общее значение, так как ее законы оказались применимы для многих других процессов вплоть до ядерных реакций и процессов, протекающих в недрах звезд и в живых организмах.
Химическая кинетика, изучающая реакции в их движении, может быть противопоставлена термодинамике, которая ограничивается лишь рассмотрением статики химических реакции - равновесий. Термодинамика в принципе при наличии некоторых исходных данных может предсказывать эти равновесные состояния. Однако между величиной изменения энергии Гиббса при реакции и ее скоростью не существует прямой связи. Так, реакция образования воды из Н2 и O2 идет с меньшей скоростью, чем реакция между ионами Н+ и ОН-, хотя первая сопровождается значительно большей убылью энергии Гиббса. Таким образом, вопросы о том, в течение какого времени и каким путем совершаются те или иные процессы, находятся вне рамок термодинамики. Время вообще не входит в термодинамические уравнения.
Между тем потребности практики требуют знания закономерностей, определяющих протекание химических процессов во времени. Это необходимо для разработки методов интенсификации процессов в промышленных агрегатах, а также способов их автоматизации. Так, установление временного закона, описывающего протекание реакции обезуглероживания стали, необходимо для создания автоматического управления конвертерами и открывает возможность оптимизации их работы.
Знание кинетических характеристик реакций и процессов необходимо для расчета аппаратуры химической, металлургической и других отраслей промышленности. Большое практическое значение для интенсификации многих процессов имеет изучение кинетики горения различных видов топлива.
Следует заметить, что процессы, протекающие ь реальных твердых телах (например, закалка и отпуск в сплавах), обычно не достигают состояния равновесия. Поэтому часто при возможности образования различных продуктов в действительности в преобладающей степени образуются вещества, которые получаются при наиболее быстро протекающих реакциях.
Химическая кинетика имеет большое научное значение, так как она дает наиболее общие методы выяснения механизма реакций, т.е. того, как отдельные столкновения и элементарные акты, включающие образование молекул, атомов, радикалов и ионов, совершаясь одноврёменно
416
или последовательно, образуют в своей совокупности наблюдаемый процесс.
Рассматриваемые в химической кинетике процессы целесообразно разделить на следующие три группы:
- 1) гомогенные реакции;
- 2) гетерогенные реакции;
- 3) топохимические реакции, связанные с изменением структуры реагирующих твердых тел.
Кинетика гомогенных реакций в свою очередь состоит из трех разделов:
- 1) формальной кинетики;
- 2) приложения кинетической теории газов;
- 3) теории переходного состояния и применения статистической механики к проблемам кинетики.
417
