Механізм хімічних реакцій
Механізм реакцій розглядає всі зіткнення індивідуальних частинок, які відбуваються одночасно або послідовно. Механізм дає детальну стехиометрическое картину кожного ступеня реакції, тобто розуміння механізму означає встановлення молеку-лярностью кожного ступеня реакції. Вивчення механізму хімічних реакцій є дуже складним завданням. Адже ми ж не можемо проводити прямі спостереження за ходом взаємодії молекул. Отримані результати іноді залежать від розмірів і форми посудини. У деяких випадках одні й ті ж результати можна пояснити, використовуючи різні механізми.
Реакція газоподібних водню з йодом Н2 (г) + I2 (г) = 2НI (г) вважалася класичним прикладом бімолекулярний реакції другого порядку, але в 1967 р М. М. Семенов, Г. Ейрінг і Дж. Саллівен показали, що вона має складний характер і складається з 3 елементарних реакцій: I2 = 2I; 2I = I2; 2I + H2 = 2HI. Хоча реакція формально може бути віднесена до тримолекулярного, її швидкість описується кінетичним рівнянням, що нагадує рівняння реакції другого порядку. Стадії послідовних реакцій протікають з різною швидкістю. Стадія, константа швидкості якої мінімальна, називається лимитирующей. Вона визначає кінетичну закономірність реакції в цілому. Речовини, що утворюються в проміжних стадіях, називаються проміжними продуктами або інтермедіатами, які є субстратами наступних стадій. Якщо интермедиат повільно утворюється і швидко розпадається, то його концентрація протягом тривалого часу не змінюється. Практично всі процеси метаболізму є послідовними реакціями (наприклад, метаболізм глюкози).
Паралельними реакціями називають реакції, що мають одні й ті ж вихідні реагенти, яким відповідають різні продукти. Швидкість паралельних реакцій дорівнює сумі швидкостей окремих реакцій. Це правило застосовується і для молекулярних паралельних хімічних реакцій.
Послідовно-паралельними реакціями називають реакції, що мають одні й ті ж вихідні реагенти, які можуть реагувати по двох шляхах (механізмам) і більше, в тому числі з різною кількістю проміжних стадій. Даний випадок лежить в основі явища каталізу, коли интермедиат одного із шляхів сприятиме збільшенню швидкості інших шляхів.
Конкуруючими реакціями називають складні реакції, в яких одне і теж речовина А одночасно взаємодіє з одним або декількома реагентами В1, В2 і т. д., бере участь у одночасно протікають реакціях: А + В1 → Х1; А + В2 → Х2. Ці реакції конкурують один з одним за реагент А.
Сполученими реакціями називають складні реакції, в яких одна реакція протікає тільки в присутності іншої. У сполучених реакціях проміжне речовина служить зв’язуючою ланкою між первинним і вторинним процесами і обумовлює протікання обох.
Жива клітина для свого існування потребує енергії. Універсальним джерелом енергії в живих організмах є аде-нозінтріфосфорная кислота (АТФ). Це з’єднання виконує функцію акумулятора енергії, так як при його взаємодії з водою, тобто гідролізі, утворюються аденозіндіфосфорная (АДФ) і фосфорна (Ф) кислоти і виділяється енергія. Тому АТФ називається макро-ергічні з’єднанням, а розривається при його гідролізі зв’язок Р-О-Р – макроергічним. Макроергічним зв’язком називається хімічний зв’язок, при розриві якої в результаті реакції гідролізу виділяється значна енергія. Як відомо, розрив будь-якого зв’язку (в тому числі і макроергічним) завжди вимагає витрати енергії. У разі ж гідролізу АТФ, крім процесу розриву зв’язку між фосфатними групами, для якого ΔG> 0, відбуваються процеси гідратації, ізомеризації і нейтралізації продуктів, що утворюються при гідролізі. У результаті всіх цих процесів сумарна зміна енергії Гіббса має негативне значення. Отже, Макроергічні є не розрив зв’язку, а енергетичний результат її гідролізу.
Для того щоб в живих системах протікали ендергоніческіе реакції (ΔG> 0), необхідно, щоб вони були пов’язані з екзерго-ническими реакціями (ΔG <0). Таке сполучення можливо, якщо обидві реакції мають якесь загальне проміжне з’єднання, і на всіх стадіях сполучених реакцій сумарний процес характеризується від’ємним значенням зміни енергії Гіббса (ΣΔGсопр. р <0). Наприклад, синтез сахарози є ендергоніческой реакцією і мимовільно відбуватися не може. Ланцюгова реакція називають хімічні і ядерні реакції, в яких поява активної частки (вільного радикала або атома в хімічних, нейтрона в ядерних процесах) викликає велике число (ланцюг) послідовних перетворень неактивних молекул або ядер. Ланцюгові реакції поширені в хімії. За ланцюговому механізму протікають багато фотохімічні реакції, процеси окислення (горіння, вибух), полімеризації, крекінгу. Теорія ланцюгових реакцій розроблена академіком HH Семеновим, С. Н. Хіншельвуда (Англія) та ін. Основними стадіями ланцюгових реакцій є: зародження (ініціація), продовження (елонгація) і обрив ланцюга (термінация). Розрізняють два типи ланцюгових реакцій: реакції з нерозгалуженими і з розгалуженими ланцюгами. Особливість ланцюгових реакцій полягає в тому, що один первинний акт активації приводить до перетворення величезної кількості молекул вихідних речовин. Біохімічні реакції вільно-радикального окислення є ланцюговими.
Періодичними (автоколивальними) реакціями називають складні багатостадійні автокаталітіческіе реакції за участю декількох речовин, в яких відбувається періодичне коливання концентрацій окисленої і відновленої форм. Коливальні реакції відкриті Б. П. Белоусовим, досліджені А. М. Жаботинським та ін. Частота і форма коливань залежать від концентрацій вихідних речовин, кислот-
Ності, температури. Прикладом таких реакцій може бути взаємодія броммалоновой кислоти з броматом калію в кислому середовищі, каталізатором служить сіль церію (III). Періодичні реакції мають велике значення для біологічних об’єктів, де реакції подібного роду широко поширені.
Реакції твердофазного горіння (реакції високотемпературного синтезу, СВС) відкриті в 1967 році в Інституті хімічної фізики АН СРСР А. Г. Мержанова і І. Г. Боровинська. Суть методу СВС полягає в тому, що після локального ініціювання реакції взаємодії реагентів фронт реакції горіння мимовільно поширюється по всій системі завдяки теплопередачі від гарячих продуктів до вихідних речовин, ініціюючи протікання в них реакції взаємодії. Таким чином, здійснюється процес горіння, який є і причиною, і наслідком протікання реакції. Механізм протікання реакцій СВС є досить складним і включає в себе процеси реакційної дифузії. Термін “реакційна дифузія” визначає сукупність явищ, що відбуваються при взаємодії двох хімічно різних компонентів, здатних утворювати хімічні сполуки у вигляді твердих фаз. Продукти хімічної взаємодії утворюють суцільний шар, що відрізняється за своєю будовою від вихідних компонентів, але не заважає протіканню подальшої взаємодії.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)