Кинетика химическая

В кинетике химической химические реакции классифицируются: по типу – на простые и сложные (в том числе цепные), по характеру активации – на термические, фотохимические, радиационно-химические, электрохимические, каталитические. Изменение концентрации реагирующих веществ в ходе химических реакций описывает формальная кинетика. На основе закона действующих масс скорость элементарной стадии реакции равна K[A]n[B]m, где [А], [B] – концентрации реагентов, К – константа скорости, n и m – количество атомов А и В. Константа скорости определяется уравнением Аррениуса К=К0е(-E/RT), где Е – энергия активации, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура, К0 – предэкспоненциальный множитель.

Первые систематические исследования скоростей химических реакций выполнил в 1870-е гг. русский химик Н.А.Меншуткин; им изучены связь между реакционной способностью соединений и их строением, а также влияние природы растворителя на ход химического превращения. Кинетические закономерности протекания простых (моно-, би- и тримолекулярных) реакций сформулировал голландский химик Я.Х.Вант-Гофф (1884). Роль активных молекул и зависимость скорости элементарных реакций от температуры установил шведский химик С.А.Аррениус (1889).

Отечественные ученые выявили решающую роль промежуточных продуктов и промежуточных превращений в кинетике сложных реакций; исследовали кинетику реакций в газовой фазе, фотохимических реакций, электрохимическую кинетику (А.Н.Бах, Н.А.Шилов, А.Н.Фрумкин и другие). Выдающимся достижением в изучении сложных химических процессов явилась созданная Н.Н.Семёновым (1930-е гг.) общая теория цепных реакций (совместно с английским физикохимиком С.Н.Хиншелвудом; Нобелевская премия, 1956 г.). Теория разветвленных цепных реакций позволила управлять химическими процессами: ускорять, замедлять, обрывать их на любой стадии и так далее. Семёнов разработал теорию теплового взрыва и горения газовых смесей, в дальнейшем совместно с учениками развил учение о распространении пламени, детонации, горении взрывчатых веществ и порохов.

Кинетические исследования в Татарстане проводятся в традиционных для Казанской химической научной школы направлениях: химия непредельных соединений, элементоорганическая химия, электрохимия, химия полимеров и химия энергонасыщенных соединений. В области химии непредельных соединений исследованы реакционная способность природных соединений – терпенов, каренов, пиненов (Б.А.Арбузов с сотрудниками), механизмы реакций циклоприсоединения (А.И.Коновалов, В.Д.Киселёв, И.С.Антипин, Б.Н.Соломонов, Я.Д.Самуилов и другие). В области элементоорганической химии исследованы кинетика реакций мышьякорганических (Г.Х.Камай, Б.Д.Чернокальский, В.А.Гаврилов и другие) и фосфорорганических (А.Н.Пудовик, Р.А.Черкасов, В.И.Галкин и другие) соединений. Изучены: кинетика и топология гетерофазной сополимеризации (В.А.Мягченков), кинетика нитрования (Г.С.Марченко, А.В.Косточко, Г.П.Шарнин, А.Д.Николаева и другие), кинетика жидкофазного окисления сернистых соединений с металлокомплексными и гетерогенными катализаторами (А.М.Мазгаров), кинетика термодеструкции (Г.М.Храпковский), кинетика электродных процессов (Ю.М.Каргин, В.П.Барабанов, Р.С.Сайфуллин и другие), кинетические закономерности синтеза водорастворимых полимеров (В.Ф.Куренков). Результаты кинетических исследований нашли практическое применение при разработке рациональных принципов управления химическими процессами, для стимулирования полезных и торможения (подавления) нежелательных химических реакций, создания новых и усовершенствования существующих процессов и аппаратов в химической технологии. Научные разработки по кинетике гидрирования диенов, ацетофенона, -метилстирола, окисления этилбензола (Б.Р.Серебряков, А.Ш.Зиятдинов, Э.Х.Харлампиди и другие), работы по влиянию ингибиторов на скорость полимеризации и по созданию стабилизирующих систем в производстве изопрена, бутадиена, стирола (П.А.Кирпичников, А.Г.Лиакумович и другие; Государственная премия СССР, 1989 г.) внедрены в производство на предприятии «Нижнекамскнефтехим». Технологии очистки нефти, газа, нефтепродуктов и сточных вод от сернистых соединений в 2005 г. удостоены премии Правительства РФ (А.М.Мазгаров, А.Ф.Вильданов и другие). По этим технологиям в России и странах СНГ построены 32 промышленные установки, в Иране строятся 20 таких установок (с 2004 г.). Исследования по кинетике химической ведутся в Казанском университете, институте органической и физической химии Казанского научного центра Российской академии наук, Казанском технологическом университете, Всероссийском научно-исследовательском институте углеводородного сырья, Казанском физико-техническом институте Казанского научного центра Российской академии наук, научно-исследовательском институте химических продуктов и других научных учреждениях Татарстана.

Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. Москва, 1969.

Барабанов В.П. Казанский химико-технологический институт – продолжатель традиций Казанской химической школы // Казанский химико-технологический институт: вчера, сегодня, завтра. Казань, 1990. Часть 1.

Автор – В.П.Барабанов