Вопрос ?, страница 47 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 9. Химические реакции. Глава 1. Первоначальные химические понятия - страница 47.

Какие условия необходимы, чтобы химические вещества вступили в реакцию?

Для того чтобы химические вещества вступили в химическую реакцию, необходимо одновременное выполнение нескольких фундаментальных условий. Эти условия создают возможность для разрыва старых химических связей в исходных веществах (реагентах) и образования новых связей, приводящих к появлению продуктов реакции.

1. Соприкосновение (контакт) реагирующих веществ

Это самое базовое и очевидное условие. Чтобы частицы веществ (атомы, молекулы, ионы) могли провзаимодействовать, они должны сблизиться на расстояние, достаточное для перераспределения электронных плотностей и образования новых связей. Иными словами, они должны столкнуться. Для обеспечения эффективного контакта между реагентами применяют следующие методы:

• Измельчение и перемешивание твердых веществ. Это значительно увеличивает площадь их поверхности соприкосновения, что критически важно для гетерогенных реакций (реакций, протекающих на границе раздела фаз, например, твердое-газ или твердое-жидкость).
• Растворение. При растворении твердых веществ в подходящем растворителе их частицы (ионы или молекулы) переходят в раствор, где они становятся гораздо более подвижными и могут свободно сталкиваться с частицами другого реагента.
• Использование веществ в газовой фазе. Молекулы газов хаотично движутся с высокими скоростями, что обеспечивает большое количество столкновений в единицу времени.

Ответ: Первым необходимым условием является обеспечение тесного контакта между частицами реагирующих веществ.

2. Преодоление энергетического барьера (наличие энергии активации)

Далеко не каждое столкновение частиц приводит к химическому превращению. Чтобы реакция началась, сталкивающиеся частицы должны обладать определенным избытком энергии по сравнению с их средним значением. Этот минимальный избыток энергии, необходимый для начала реакции, называется энергией активации ($E_a$). Эта энергия идет на деформацию и разрыв существующих химических связей в молекулах реагентов, переводя их в неустойчивое переходное состояние, которое затем распадается с образованием продуктов реакции. Сообщить системе энергию активации можно различными способами:

• Нагревание. Повышение температуры приводит к увеличению средней кинетической энергии частиц. В результате растет не только частота столкновений, но и их сила (энергия). Доля "активных" частиц, обладающих энергией, достаточной для преодоления энергетического барьера, экспоненциально возрастает с температурой.
• Облучение светом (фотохимические реакции). Энергия фотонов (квантов света) может поглощаться молекулами, переводя их в возбужденное состояние и инициируя реакцию. Примерами служат фотосинтез в растениях, реакция хлора с водородом на свету или разложение бромида серебра в фотографии.
• Действие электрического тока (электрохимические реакции). В процессе электролиза электрическая энергия заставляет протекать химические реакции, которые самопроизвольно не идут (например, разложение воды на водород и кислород).
• Механическое воздействие. Сильный удар или трение могут инициировать реакцию в некоторых взрывчатых веществах.

Ответ: Вторым необходимым условием является наличие у сталкивающихся частиц энергии, равной или превышающей энергию активации данной реакции.

3. Другие важные факторы и условия

Помимо двух основных, на возможность и скорость протекания реакции влияют и другие факторы, которые часто рассматриваются как отдельные условия:

• Природа реагирующих веществ. Химическая активность веществ заложена в их электронном строении и прочности химических связей. Например, щелочные металлы (Na, K) очень активны и бурно реагируют с водой при комнатной температуре, тогда как медь реагирует с ней только при сильном нагревании, а золото не реагирует вовсе.
• Концентрация (для растворов) или давление (для газов). Согласно закону действующих масс, скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов. Чем выше концентрация, тем больше частиц находится в единице объема, тем чаще они сталкиваются, и тем выше скорость реакции.
• Наличие катализатора или ингибитора. Катализаторы – это вещества, которые участвуют в реакции и изменяют ее скорость (как правило, ускоряют), но по окончании реакции остаются в неизменном виде. Они действуют, предоставляя альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации ($E_a$). Ингибиторы, напротив, замедляют реакцию.
• Правильная взаимная ориентация частиц. Для сложных молекул столкновение должно произойти определенным образом, чтобы реакционноспособные центры оказались в контакте. Это условие особенно важно в биохимических реакциях, где ферменты обеспечивают строго определенную ориентацию субстратов.

Ответ: На протекание реакции также влияют природа реагентов, их концентрация, наличие катализаторов и взаимная ориентация сталкивающихся частиц.