Амины, как и аммиак, проявляют основные свойства, они в водном растворе гидратируются и диссоциируют как слабые основания:
где v– скорость реакции, моль/(л с);
?c реаг= (с' реаг– с" реаг) ? уменьшениеконцентрации реагентов, моль/л, за промежуток времени ?? = ? 2– ? 1;
?c прод= (с" прод– с' прод) – увеличениеконцентрации продуктов, моль/л, за тот же промежуток времени.
В начальный момент времени (? = 0) концентрация реагентов наибольшая, а концентрация продуктов равна нулю. В процессе реакции концентрация реагентов уменьшается, а концентрация продуктов растет.
К факторам, влияющим на скорость реакции, относятся природа реагентов, катализатор, температура, концентрация реагентов.
1. Природа реагентов. Здесь большую роль играет характер химических связей в соединениях, строение их молекул. Например, выделение водорода цинком из раствора хлороводорода происходит значительно быстрее, чем из раствора уксусной кислоты, так как полярность связи Н – Cl больше, чем связи О – Н в молекуле СН 3СООН; иначе говоря, из-за того, что НCl – сильный электролит, а СН 3СООН – слабый электролит в водном растворе.
Чем больше поверхность соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердого вещества может быть увеличена путем его измельчения или растворения (если вещество растворимо). Реакции в растворах протекают практически мгновенно.
2. Катализаторы. Большое влияние на скорость реакции оказывают катализаторы– вещества, увеличивающиескорость реакции (часто от нуля до очень больших значений), но не входящие в состав продуктов. Увеличение скорости реакции под влиянием катализаторов называется катализом.Во многих случаях катализаторы образуют с одним из реагирующих веществ промежуточное соединение, которое реагирует с другим исходным веществом, в результате получается продукт и высвобождается катализатор.
Иногда употребляют отрицательные катализаторы — ингибиторы,которые, наоборот, замедляютнежелательные химические реакции (например, коррозию металлов).
3. Температура. Для газовых реакций известно, что при повышении температуры на десять градусов(? Т= 10 К или ? t= 10 °C) скорость реакции возрастает в 2–4 раза ( правило Вант-Гоффа).Для скорости реакции ? 2и ? 1при значениях температуры t 2и t 1имеем:
где ? – температурный коэффициент скорости реакции, ? = 2–4.
Для реакций в растворах скорость также увеличивается с ростом температуры и часто в той же мере, как и для газовых реакций.
При повышении температуры возрастает число активныхмолекул, т. е. таких молекул, которые в момент столкновения обладают большей энергией и могут образовать продукты.
Как показывают исследования, активных молекул в реакционной среде при обычных условиях очень мало. Иначе все реакции между газами протекали бы мгновенно, и в воздухе не было бы, например, свободного кислорода, необходимого для дыхания. Реакции между газами при обычных условиях практически не идут (встречаются исключения, например, при 20 °C полностью протекает реакция 2NO + O 2= 2NO 2).
4. Концентрация реагентов. Чтобы произошло взаимодействие, частицы реагирующих веществ в гомогенной среде должны столкнуться. Число столкновений пропорционально числу частиц реагирующих веществ в объеме реактора, т. е. молярным концентрациям этих веществ.
Чем большие количества веществ взяты для реакции в данном объеме системы, т. е. чем вышеконцентрация реагентов, тем больше число столкновений частиц и тем большескорость реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов распространяется на газовые смеси и растворы.
Установлено, что:
если для реакции необходимо столкновение двухреагирующих молекул. Эта зависимость носит название кинетического закона действующих масс(К. Гулльберг, П. Воге, 1867)
Для гомогеннойреакции А + В >… этот закон изображается уравнением
где k – константа скорости реакции [л/(моль с)], зависящая от природы реагентов, присутствия катализатора и температуры, но не зависящая от концентрации реагентов и численно равная скорость реакции при условии с Ас в= 1.
Для гетерогеннойреакции А + В (ж, т) >… взаимодействие происходит лишь на поверхности конденсированного (жидкого, твердого) вещества, поэтому концентрация такого вещества не входит в выражение закона действующих масс: ? = kc A.
Для реакций, уравнения которых не отражают механизма протекания этих реакций, необходимо рассматривать каждую элементарную стадию отдельно. Тройные и более столкновения (А + В + В +… >) маловероятны, поэтому такие реакции (например, N 2+ ЗН 2= 2NH 3) протекают всегда в несколько элементарных стадий (А + В >). Кинетический закон действующих масс применим только к каждой из этих стадий, но не к уравнению химической реакции в целом.