КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Механизмы протекания химических реакцийМеханизмом химической реакции называют последовательность и характер стадий реакции. В соответствии с механизмом различают простые и сложныереакции. Простыми (элементарными) называют реакции, протекающие в одну стадию. К простым реакциям относят диссоциацию большинства двухатомных молекул. Например: Br2 = 2Br. Сложные реакции протекают в несколько стадий. Среди сложных реакций различают: конкурирующие, последовательные, сопряженные, обратимые, цепные, фотохимические и др. 1. Конкурирующиереакции можно схематично записать так: A + B1 X1 A + B2 X2 Например: при нитровании фенола одновременно протекают два процесса – образование орто- и пара-нитрофенола. 2. Последовательныереакции можно записать в виде: A B C. Примером является реакция гидролиза соли, образованной многоосновной кислотой или многокислотным основанием: Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH; (k1); NaHCO3 + H2O = H2CO3 + NaOH; (k2). Биохимические реакции в организме человека в большинстве случаев являются последовательными. Например, глюкоза, поступающая в организм, в процессе окисления превращаясь в пировиноградную кислоту, претерпевает девять последовательных превращений (процесс гликолиза). 3. Сопряженныереакции отвечают общей схеме: a) A + B M; b) A + C N. При этом реакция (а) может протекать самостоятельно, тогда как реакция (b) протекает только при наличии реакции (а). 4. Обратимыереакции. Большинство реакций в той или иной степени обратимы, поэтому следует учитывать как прямую, так и обратную реакцию: Например, обратимой является реакция образования аммиака: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. Скорость прямой реакции убывает с течением времени, а скорость обратной реакции возрастает до момента выравнивания обеих скоростей, когда наступит состояние подвижного химического равновесия. Если скорость реакции в прямом направлении значительно превышает скорость обратного процесса, то считают, что реакция протекает практически до конца. 5. Цепныереакции - это реакции, протекающие с участием химически активных частиц (свободных атомов и радикалов) и состоящие из большого количества повторяющихся стадий. Образование свободных радикалов, необходимых для начала цепной реакции, происходит при разрыве связей в молекуле и всегда бывает сопряжено с затратой энергии, которая может быть получена: а) при поглощении молекулой кванта света: Br2 Br• + Br•; б) при электрическом разряде: O2 O• + O•; в) под воздействием a-, b-, g-излучений (радиоактивный распад); г) при использовании внутренней тепловой энергии самой системы. Радикалы, вследствие своей валентной ненасыщенности и высокой химической активности, существуют лишь очень недолго, но они переводят устойчивые молекулы в активное состояние. Начавшаяся цепная реакция продолжается до тех пор, пока не прореагирует все вещество или пока активные частицы по каким-либо причинам не исчезнут. Роль активных радикалов могут играть атомы водорода, хлора, кислорода и группы: СН3–, –ОН, –SH, С6Н5– и др. По механизму протекания цепных реакций они делятся на неразветвленныеи разветвленные. К неразветвленным цепным реакциям относятся реакции синтеза HCl(газ); НВr(газ) и другие, протекающие, например, под действием света: H2 + Cl2 2HCl(газ). Примером разветвленной цепной реакции, когда расход одной или нескольких активных частиц приводит к образованию значительно большего количества таких частиц, является реакция горения водорода (рис. 1). Рис. 1. Схема цепной реакции горения водорода. Для зарождения цепи необходима высокая температура. Особенность развития цепи в данной реакции состоит в том, что поглощение одного радикала , первоначально необходимого для совершения этой группы реакций, приводит затем к образованию трех радикалов / /. Актуальным является изучение цепных реакций, возникающих в организме человека при воздействии проникающей радиации, так как образующиеся радикалы способны оказывать воздействие на биологические макромолекулы (ДНК, РНК и др.), что, в свою очередь, вызывает мутации и приводит к наследственным заболеваниям. 6. Фотохимическиминазываются реакции, которые протекают только при наличии излучения в широком интервале энергий: от видимого и ультрафиолетового до рентгеновского и g-лучей. Энергия активации здесь обеспечивается за счет излучения, под действием которого молекулы исходных веществ переходят в электронно-возбужденное состояние. Механизмы фотохимических реакций разнообразны. Несмотря на это, во всех случаях можно выделить первичные процессы, непосредственно вызываемые действием света, и вторичные реакции, не требующие освещения для своего протекания и называемые поэтому темными. К первичным процессам относятся следующие: 1. Возбуждение молекул или атомов, в результате чего образуются менее устойчивые частицы, способные к дальнейшим превращениям: M + hn M*. 2. Диссоциация молекул на атомы или радикалы (фотолиз): AB + hn A + B. 3. Ионизация молекул или атомов с выделением электрона (фотоэффект): M + hn M+ + e. Фотохимические реакции подчиняются следующим законам: I закон фотохимии: Химически активным является лишь то излучение, которое поглощается реакционной смесью. II закон фотохимии: Каждый поглощенный квант света вызывает превращение одной молекулы. Фотохимические реакции отличаются слабой зависимостью скорости реакции от температуры. Это объясняется тем, что в первичных реакциях за счет поглощения света приобретается настолько большая энергия, что повышение температуры может изменить ее лишь незначительно.
|