Прогнозирование результатов реакции

Химическая кинетика описывает скорость и траекторию, по которой реагенты перемещаются из одного состояния в другое в ходе реакции, в то время как термодинамика учитывает относительную стабильность самих состояний.

Соединения А и В могут реагировать друг с другом двумя возможными путями, один из которых ведет к продуктам С и D, а другой — к продуктам Е и F.

Продукты C и D кинетически предпочтительнее E и F, так как их образование требует меньшей энергии активации. Кроме того, они термодинамически более благоприятны из-за своих более низких энергий.

В большинстве случаев предпочтительным является как термодинамический, так и кинетический путь реакции, хотя бывают случаи, когда термодинамика и кинетика противостоят друг другу.

В этом случае термодинамика благоприятствует произведениям C и D, поскольку они имеют меньшую энергию. Тем не менее, продукты E и F предпочтительны с точки зрения кинетики, потому что их образование связано с меньшей энергией активации.

Температура играет важную роль в определении основного продукта. При низких температурах продукты E и F образуются быстро, тогда как при высоких температурах быстро достигаются равновесные концентрации, образующие C и D.

Если энергетический барьер активации достаточно высок, реагенты считаются «кинетически стабильными». Тем не менее, добавление энергии может преодолеть этот барьер.

Например, нефтяное топливо и кислород воздуха не вступают в спонтанную реакцию при комнатной температуре. Однако в автомобильном двигателе топливо воспламеняется от искры от внешнего источника энергии, и реакция между топливом и кислородом воздуха достигает равновесия.

Размер реагирующих частиц влияет на частоту их столкновений, так как несколько более мелких частиц имеют большую общую площадь поверхности, чем одна большая частица. Чем больше площадь поверхности, на которой могут произойти столкновения, тем быстрее протекает реакция.

Например, разламывание больших бревен на более мелкие куски растопки увеличивает площадь их поверхности. При наличии более доступного топлива огонь быстрее обеспечивает необходимую энергию для поддержания реакции горения.