Прости (неразклонени) реакции на горене
Горните модели позволиха да се установи количествена връзка между скоростта на химичната реакция и параметрите на процеса - концентрацията на реагентите и температурата. Установената количествена зависимост, основана на закона за масовото действие и на закона за разпределение на Максуел-Болцман, е потвърдена от много експериментални изследвания. Тези зависимости също отразяват намаляването на скоростта на химичните реакции при постоянна температура, тъй като изходните вещества се изразходват.
Тези зависимости обаче не отразяват цял набор от явления. И така, има химични реакции, които протичат или много по-бързо, или много по-бавно, отколкото би трябвало да се осъществи въз основа на съотношенията, описани от стехиометричните уравнения.
Оказва се, че ходът на реакциите е много по-сложен, отколкото според стехиометричните съотношения, и установената закономерност на зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата може да бъде разширена само до реакции не по-високи от третия ред. Някои реакции се оказват силно зависими от наличието на катализатори и инхибитори в реагентите, дори и в малки количества.
Протичането на окислителните газови реакции също не се подчинява на класическите закони на химичната кинетика - закона за масовото действие и закона на Арениус, а се подчинява на особено сложни закони, които са характерни само за този тип реакции.
Всички тези отклонения получиха най-надеждното обяснение едва след появата на учението на Н. Н. Семенов за така наречените верижни реакции.
Според тази доктрина в хода на реакцията активните молекули могат да породят нови активни молекули, които образуват връзка в общата реакционна верига, която може да се развие по-нататък, пораждайки нови активни центрове донови външни обстоятелства няма да прекъснат тази верига.
Както междинните реакционни продукти (фрагменти от свободни молекули под формата на атоми и радикали), така и крайните реакционни продукти могат да служат като активни връзки във веригата.
При верижните реакции молекулите първо се разпадат на атоми и радикали, между които протича реакцията. В същото време не е необходима енергия за разрушаване на стари връзки. Тяхната енергия на активиране е много ниска.
Верижните реакции се делят на прости – неразклонени и сложни – разклонени.
Пример за проста неразклонена реакция е образуването на хлороводород Cb + H? —» 2HC1. Такъв ход на реакцията е възможен, но за директното протичане на реакцията е необходима голяма енергия на активиране, така че такава реакция ще протича изключително бавно. В действителност образуването на HC1 протича много по-бързо.
В реакцията на междинен етап се появява междинна молекула М, която не участва в реакцията, но започва веригата чрез активиране на първичната молекула С1:
Допълнително активирани хлорни атоми
Н + Cb - > HC1 + CI го. д.
Обща крайна схема
CI + H2 + C12 -> 2HC1 + CI.
Така хлорният атом не изчезва, а продължава веригата, докато реагиращата смес изчезне или веригата се прекрати по някаква причина. Образуването на хлороводород чрез верижна реакция е около 100 000 пъти по-бързо от обикновена бимолекулна реакция (H2 + C12 = 2HC1). Характерна особеност на неразклонените реакции е, че броят на свободните атоми (в случая хлор) е постоянен през цялото време.
5.3.2. Сложни или разклонени реакции на горене
Характерна особеност на разклонените реакции е увеличаването на броя на свободните атоми. Като пример, разгледайте реакцията на окислениеводород
Скоростта на такава реакция може да се изчисли: V = lc1 C^, C(k. Според
Според този израз, тъй като горимите вещества изгарят, скоростта на реакцията ще намалее. В действителност реакцията се ускорява значително поради факта, че протича не по стехиометричното уравнение, а чрез образуване на междинни продукти на окисление.
Изследванията, проведени от школата на академик Семенов, установяват следното. До 500 °C горенето на водород протича като нормална реакция без явленията на запалване и експлозия. При по-високи температури се получава експлозия.
Активните (първични) центрове възникват в резултат на топлинното движение на молекулите на реагиращите вещества, техните сблъсъци и разрушаване:
H2+M=2H+M H+02->0H+0 0+H2-YUN+0 0H+H2^H20+H
Всеки от новообразуваните центрове поражда нова верига от трансформации, ако съществуването им не престане по следния начин H + И H2.
От всички реакции (посочени), реакцията Н + 02 -> OH + O, ограничаващи целия ход на процеса. Необходимата енергия за активиране в този случай е
За реакцията О + Н2 - > OH + I в
Ujd + H2-YUN + H2->H20 H+ 02
За реакцията ОН + Н2 -» Н20 + Н е = 42 kJ/mol. Крайното балансово уравнение: N + ZN2 + 02 -» ZN + 2H20. Тоест, вместо един И има три. Следователно реакцията се самоускорява във времето.