Молекулы и химические взаимодействия
349
или в данном случае от t1 = 6.102 с до t2 = 6.10-10с.
Если реакция протекает в жидкой фазе, то реагируют друг с другом те молекулы-реагенты, которые находятся в непосредственной близости от молекулы-катализатора. Слабая связь молекул в жидкости позволяет им достаточно свободно поворачиваться под воздействием эфирных потоков молекулы-катализатора и приближаться к ней. Они могут прореагировать между собой на некотором расстоянии от поверхности молекулы-катализатора, но могут это сделать и после установки на ее поверхность. Здесь время реакции может быть достаточно большим.
Таким образом, соединение молекул-реагентов в новую молекулу может произойти еще на подлете к молекуле-катализатору, поскольку уже на некотором расстоянии от нее молекулы- реагенты сориентированы относительно друг друга нужным образом, и они начнут притягиваться друг к другу еще на некотором расстоянии от поверхности молекулы-катализатора.
Однако если речь идет о реакции веществ, находящихся в газообразной фазе, то возникает вопрос о времени нахождения молекул-реагентов в поле скоростей эфирных потоков молекулы- катализатора и достаточности этого времени для разворота молекул.
При температуре порядка 20оС скорость теплового движения двухатомных молекул типа N2 или О2 составит порядка 500 м/с, и время прохождения оболочки Ван дер Ваальса составит
10-5
t = -= 2.10-8 с,
500
350
Глава 3.
Это располагаемое время, по крайней мере, на два порядка больше, чем требуется молекуле-реагенту для разворота под действием потоков эфира, создаваемых молекулой катализатора в оболочке Ван дер Ваальса.
Это значит, что молекула начнет разворачиваться не на поверхности оболочки Ван дер Ваальса, а ближе к ее центру, но и не на поверхности молекулы катализатора, а раньше, и времени для разворота у нее более чем достаточно. Тяжелые многоатомные молекулы будут при той же температуре иметь скорость теплового движения значительно ниже и, хотя момент инерции у них будет больше, но и времени на разворот у них будет соответственно больше.
Однако молекула-катализатор в своих окрестностях создает не один поток, а много, по числу своих поверхностей. В принципе в будущем для конкретного анализа можно воспользоваться принципом суперпозиции, рассчитывая каждый поток в отдельности, а затем геометрически суммируя их действия. Но можно утверждать, что уже на подлете молекулы-реагента к молекуле- катализатору она будет испытывать вращающие моменты, стремящиеся установить ее в наиболее энергетически выгодное положение относительно молекулы-катализатора.
Как известно, катализаторы со временем снижают свою эффективность. Сейчас это объясняется загрязненностью поверхности молекул катализатора. Однако могут быть рассмотрены и другие причины. На ориентацию в пространстве молекул-реагентов молекула катализатора затрачивает некоторую энергию, и ее собственная энергия уменьшается. Это также может являться одной из причин снижения эффективности катализаторов со временем. Еще одной причиной может явиться затрата энергии на перестройку структуры молекулы катализатора в результате прохождения промежуточной реакции с молекулами-реагентами, особенно в случае промежуточной реакции с ковалентными связями.
Таким образом, сущность катализа по эфиродинамическим представлениям состоит в том, что молекула катализатора своими присоединенными вихрями ориентирует молекулы реагирующих
