Номер 2, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

2. Почему для протекания химической реакции, как правило, недостаточно простого столкновения частиц реагентов? Какие процессы предшествуют образованию новых связей в продуктах реакции?

Решение

Для того чтобы химическая реакция произошла, простого столкновения частиц реагентов (атомов, молекул или ионов) недостаточно. Согласно теории активных столкновений, чтобы столкновение привело к химическому превращению, оно должно быть эффективным. Эффективность столкновения определяется двумя ключевыми факторами:

Энергетический фактор. Сталкивающиеся частицы должны обладать достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер реакции. Эта минимально необходимая избыточная энергия называется энергией активации ($E_a$). Она идет на ослабление или разрыв существующих химических связей в молекулах реагентов, чтобы могли образоваться новые связи. Если энергия сталкивающихся частиц меньше энергии активации, они просто отскакивают друг от друга, не вступая в реакцию.

Стерический (геометрический) фактор. Частицы должны столкнуться в определенной взаимной ориентации в пространстве. Атомы, между которыми должны образоваться новые связи, должны оказаться в непосредственной близости друг к другу в момент столкновения. Если ориентация неправильная, реакция не произойдет, даже если энергия столкновения достаточна.

Таким образом, не каждое столкновение ведет к реакции, а только то, которое является эффективным, то есть удовлетворяет обоим условиям — энергетическому и стерическому.

Процессы, которые предшествуют образованию новых связей в продуктах реакции, тесно связаны с преодолением активационного барьера. Когда реагенты сталкиваются с достаточной энергией и в правильной ориентации, они образуют крайне неустойчивую промежуточную структуру с максимальной потенциальной энергией. Эта структура называется активированным комплексом или переходным состоянием. В этом состоянии старые химические связи в реагентах ослаблены и частично разорваны, а новые связи, характерные для продуктов, только начинают формироваться. Активированный комплекс существует очень короткое время (порядка $10^{-13}$ с) и затем распадается либо с образованием продуктов реакции, либо обратно на исходные реагенты. Именно формирование и последующий распад этого активированного комплекса и является процессом, непосредственно предшествующим образованию стабильных новых связей в продуктах реакции.

Ответ: Для протекания химической реакции недостаточно простого столкновения частиц, так как столкновение должно быть эффективным. Это означает, что сталкивающиеся частицы должны обладать минимально необходимой энергией — энергией активации ($E_a$), и столкнуться в определенной, благоприятной для реакции взаимной ориентации. Процессом, предшествующим образованию новых связей, является формирование кратковременно существующего, высокоэнергетического активированного комплекса (переходного состояния), в котором старые связи ослаблены, а новые только начинают образовываться.