Гомогенні реакції: опис і приклади

Для правильного проведення хімічних реакцій важливо знати, в яких умовах вони протікають. Гомогенна середовище реагентів дозволяє визначати швидкість їх взаємодії. Існують особливі фактори, які можуть уповільнювати або прискорювати гомогенні реакції.

Класифікація

Хімічні взаємодії можна розділити на різні групи, завдяки присутності великої кількості критеріїв. Існують наступні ознаки:

Наявність розділу реакційної фази. Реакції можуть бути гомогенними або гетерогенними.

Зміна окислювальної ступеня реагуючих речовин.

Виділення або поглинання тепла.

Тип змін реагуючих речовин, пов'язаних з з'єднанням, розкладанням, заміщенням або обміном.

Гомогенна середовище

Це однорідна система, в якій хімічні і фізичні характеристики компонентів у будь-її точці постійні, а якщо вони змінюються, то в безупинному темпі, без прояву різких стрибків. Всі її частини не мають поверхневого поділу. Так протікають гомогенні хімічні реакції.

Наявність декількох реагентів до однорідної фазі не можна візуально визначити або відокремити їх механічним способом. Така особливість можлива завдяки рівномірному розподілу складових частинок одного компонента в іншому. До прикладів однорідних фаз слід віднести газові суміші, замерзлу воду, розчини в рідкій або твердій формі.

Визначення гомогенних взаємодій

Їх ще називають гомофазними реакціями. Це процеси, що протікають в області однієї однорідної середовища, а реагують компоненти і одержувані продукти знаходяться в незмінному стані.

Гомогенні реакції мають величини, які залишаються в однакових показниках, а якщо вони змінюються, то з безперервної швидкістю. Коли процеси проходять в області поділу двох фаз, то їх називають гетерогенними. Якщо реакції багатостадійні, то вони можуть бути змішаного типу. В них початкові етапи протікають в гомогенної середовищі, а кінцеві процеси в гетерогенних фазі. Такі взаємодії найчастіше відбуваються в природі.

Гомогенні реакції, приклади рівнянь

До них відносять процес хлорування молекул метану в газовому середовищі. Дана реакція протікає при високій температурі або при впливі ультрафіолету. В результаті змішування метану і хлору відбувається поетапне взаємодія екзотермічного типу. Проміжними продуктами є газоподібні речовини, до яких відносять молекули хлорметана, дихлорметану, трихлорметана, хлороводню. Під час реакції відбувається поступове заміщення атомів водню в метані на атоми хлору. Кінцевим речовиною служить чотирихлористий вуглець. Всі стадії протікають в газоподібному середовищі, зазначеної стрілкою вгору. Схематично процес виглядає так: H 2 CH 2 ? + ClCl? -> H 2 CHCl? + HCl? H 2 CHCl? + ClCl? -> H 2 CCl 2 ? + HCl? H 2 CCl 2 ? + ClCl? -> HCCl 3 ? + HCl? HCCl 3 ? + ClCl? -> CCl 4 ? + HCl? Існують і одноетапні гомогенні реакції. Приклади таких взаємодій наведені нижче. До гомофазним процесів можна віднести:

розщеплення оксиду пятивалентного азоту в газовій середовищі під дією високої температури: N 2 O 5 ? + N 2 O 5 ? -> NO 2 + NO 2 + NO 2 + NO 2 + O 2 ;

нейтралізацію розчином гідроксиду натрію розчину соляної кислоти, з утворенням розчину хлориду натрію і води: HCl + NaOH -> NaCl + H 2 O;

етановое горіння з виділенням оксиду четирехвалентного вуглецю і водяної пари: З 2 Н 6 ? + З 2 Н 6 ? + 7О 2 ? -> 4СО 2 ? + 6Н 2 Про?;

перетворення молекулярного кисню під час грози в озон: 3О 2 ? -> 2О 3 ?.

Гомогенні реакції досить часто протікають в рідкому середовищі. До них зараховують процеси галоидирования, розщеплення всіляких складних сполук на більш прості або на радикали, заміщення одних атомів іншими нуклеофільного або електрофильному типу, відщеплення частин молекули або їх перегрупування, подовження ланцюжка за рахунок полімеризації, окисне взаємодія. В результаті утворюються рідкі продукти.

Швидкість гомогенних реакцій

Протікання того або іншого процесу може займати різні часові проміжки. Важливою характеристикою такої взаємодії є швидкість гомогенної реакції. Представляє вона числову величину, яка визначає зміну концентрації будь-якого реагенту за часовий проміжок. Її можна охарактеризувати по-іншому: як значення, що встановлює зміну кількості взаємодіючого компонента в заданому обсязі за певний час. Головною умовою є відсутність зміни маси в системі. При розрахунку швидкості реакції в гомогенної середовищі (позначають як V i ) використовують спад або приріст молярного кількості реагуючої речовини (C i ) за певний час (t). Існує спеціальна формула розрахунку: V i = ± C i /t. Для хімічного процесу HCl + NaOH -> NaCl + H 2 O швидкість протікання можна визначити по зменшенню концентрації кожного реагенту (соляної кислоти або натрію гідроксиду) або збільшення кількості продуктів перетворення (натрію хлориду або води) за часовий проміжок при постійних температурних умовах. Для визначення швидкості гомогенних реакцій концентрацію беруть в молях на літр, а час вимірюють в секундах. Розрахунок проводиться таким чином: V i = ± C i /t = –[HCl]/t = –[NaOH]/t =[NaCl]/t =[H2O]/t.

Фактори, що впливають на швидкість

Гомогенної є реакція, в якій швидкість протікання даного процесу прямо пропорційна заданому речовини в одиниці об'єму. Чим більше молекул задіяно, тим швидше здійснюється взаємодія.
Основними факторами, що впливають на швидкість процесів в однорідному середовищі, є концентрація реагентів і продуктів реакції, їх хімічна природа, температурні умови, тиск в реакційному обсязі, а також наявність прискорювачів, що каталізують зміни. Залежність швидкості протікання реакції від нагрівання була встановлена вченим Вант-Гоффом. Згідно з його твердженням, кожний температурне підвищення на 10° збільшує в гомогенних реакціях швидкість в 2 або 4 рази. В більш теплому середовищі молекули починають активніше рухатися, стикатися одне з одним, що призводить до їх взаємодії. Гомогенні реакції з часом протікають з різною інтенсивністю, тому їх швидкості можуть бути істинними (в певний момент) і середніми, що слід враховувати при розрахунках.