Сложные реакции

Сло́жные реакции

Такие Реакции химические, элементарные акты которых различны. В противоположность С. р. элементарные акты простых реакций не отличаются один от другого природой участвующих в них веществ, а лишь, возможно, — направлением превращения, если реакция обратима (в последнем случае некоторые авторы реакцию также называют сложной). С. р. можно рассматривать как совокупность простых реакций, которые в этом случае называются стадиями сложной реакции. Иногда все образующиеся в ходе С. р. вещества являются её продуктами в том смысле, что они могут быть получены в количествах, сравнимых с затраченными количествами исходных веществ. Таковы, в частности, Последовательные реакции и Параллельные реакции. Более распространён, однако, тип химических реакций, иллюстрируемый примером гомогенного распада закиси азота N₂O. Эта реакция происходит в две стадии:

1) N₂O → N₂ + O 2

2) 2O→O₂ 1

2N₂O = 2N₂ +O

Под чертой приведено итоговое уравнение реакции, выражающее её конечный результат, устанавливаемый с помощью химического анализа или каким-либо иным сравнительно грубым методом, например по изменению давления, если реакцию проводят в замкнутой системе. Чтобы получить итоговое уравнение суммированием химических уравнений стадий 1 и 2, эти уравнения надо предварительно умножить на числа, написанные справа от них. Такие числа называются стехиометрическими числами. Вещества, образующиеся и расходующиеся на разных стадиях, но не входящие в итоговые уравнения, называются промежуточными веществами (атомный кислород, например, — промежуточное вещество распада N₂O).

Наиболее важные типы С. р. — каталитические реакции (см. Катализ) и Цепные реакции. Особенность тех и других — циклическое образование и расходование промежуточных веществ; основное различие состоит в характере этих промежуточных веществ. При катализе промежуточные вещества — устойчивые образования, способные сами по себе, в отсутствие реакции, существовать неопределенно долго. Промежуточные вещества цепных реакций — атомы, свободные радикалы или возбуждённые молекулы — могут существовать только короткое время.

Если С. р. происходит в открытой системе, при непрерывной подаче с постоянной скоростью исходных веществ и с непрерывным удалением продуктов реакции, то реакция может происходить стационарно. Каждое промежуточное вещество тогда образуется и расходуется с одинаковой скоростью, так что его количество в системе не изменяется со временем. Реакция в замкнутой системе может происходить квазистационарно, если среднее время жизни промежуточных веществ мало по сравнению со временем, за которое происходит существенное изменение состава реагирующей смеси. При этом течение реакции в каждый момент практически не отличается от стационарного.

Важнейшим случаем нестационарных реакций являются реакции с разветвляющимися цепями, теория которых была создана Н. Н. Семеновым (См. Семёнов).

Скорость отдельных стадий С. р. определяется Действующих масс законом, на основе которого можно получить уравнения, описывающие течение С. р. Задача значительно упрощается, если реакция стационарна или квазистационарна.

Лит.: Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г., Курс химической кинетики, 3 изд., М., 1974; Механизм и кинетика сложных каталитических реакций, М., 1970.

М. И. Тёмкин.