Последовательные реакции.
Последовательными называются сложные реакции, протекающие таким образом, что вещества, образующиеся в результате одной стадии (т.е. продукты этой стадии), являются исходными веществами для другой стадии. Схематически последовательную реакцию можно изобразить следующим образом:
А ––> В ––> С ––>...
Число стадий и веществ, принимающих участие в каждой из стадий, может быть различным.
Параллельные реакции.
Параллельными называют химические реакции, в которых одни и те же исходные вещества одновременно могут образовывать различные продукты реакции, например, два или более изомера:
Сопряжённые реакции.
Сопряжёнными принято называть сложные реакции, протекающие следующим образом:
1) А + В ––> С
2) А + D ––> Е,
причём одна из реакций может протекать самостоятельно, а вторая возможна только при наличии первой. Вещество А, общее для обеих реакций, носит название актор, вещество В – индуктор, вещество D, взаимодействующее с А только при наличии первой реакции – акцептор. Например, бензол в водном растворе не окисляется пероксидом водорода, но при добавлении солей Fe(II) происходит превращение его в фенол и дифенил. Механизм реакции следующий. На первой стадии образуются свободные радикалы:
Fe2+ + H2O2 ––> Fe3+ + OH– + OH•
которые реагируют с ионами Fe2+ и бензолом:
Fe2+ + OH• ––> Fe3+ + OH–
C6H6 + OH• ––> C6H5• + H2O
Происходит также рекомбинация радикалов:
C6H5• + OH• ––> C6H5ОН
C6H5• + C6H5• ––> C6H5–C6H5
Т.о., обе реакции протекают с участием общего промежуточного свободного радикала OH•.
Цепные реакции.
Цепными называют реакции, состоящие из ряда взаимосвязанных стадий, когда частицы, образующиеся в результате каждой стадии, генерируют последующие стадии. Как правило, цепные реакции протекают с участием свободных радикалов.
На примере фотохимической реакции образования хлороводорода.
1. Зарождение цепи (инициация):
Сl2 + hν ––> 2 Сl•
2. Развитие цепи:
Н2 + Сl• ––> НСl + Н•
Н• + Сl2 ––> НСl + Сl•
Стадия развития цепи характеризуется числом молекул продукта реакции, приходящихся на одну активную частицу – длиной цепи.
3. Обрыв цепи (рекомбинация):
Н• + Н• ––> Н2
Сl• + Сl• ––> Сl2
Н• + Сl• ––> НСl
Катализ. Общие особенности каталитических реакций. Механизм действия катализатора. Гомогенный катализ, его характеристика.
Задача катализа – увеличение скорости реакции. Она сводится к задаче уменьшения энергии активации. Повлиять на нее можно только изменив саму реакцию, точнее – путь реакции. Для этих целей служит катализатор – вещество, введение которого в систему увеличивает скорость реакции. Катализатор при этом в реакции участвует, но не расходуется. Как этого достигают? Достигается это тем, что катализатор образует с одним из реагентов промежуточное соединение, которое быстрее реагирует со вторым реагентом, а катализатор в последней стадии восстанавливается.
Рассмотрим схему гомогенного катализа (катализатор в той же фазе, что и реагенты) для реакции A + B®C. В отсутствие катализатора (К) она протекает в одну стадию и имеет энергию активации Еа 1. После введения катализатора схема реакции изменяется:
A + К® АК
AК + B ® C + К,
т. е. катализатор изменил путь реакции, она стала двухстадийной.
Наиболее распространенным примером гомогенного катализа является кислотный катализ, при котором катализатором является катион водорода Н+. Так, реакция гидролиза (т.е. разложения при реакции с водой) уксусно-этилового эфира в присутствии сильной кислоты протекает в две стадии:
1. СН3СООС2Н5 + Н+ СН3СООН+С2Н5
2. СН3СООН+С2Н5 + Н2О СН3СООН + С2Н5ОН + Н+
Гетерогенный катализ
Помимо гомогенного существует гетерогенный катализ, где катализатор находится в твердой фазе и процессы осуществляются на границе раздела фаз с газом или жидкостью. Гетерогенный катализ гораздо шире применяется в промышленности, чем гомогенный катализ. Это объясняется тем, что гетерогенные катализаторы практически более удобны: их легче отделять от газовой или жидкой фазы в непрерывно действующих реакторах. В качестве гетерогенных катализаторов используют переходные металлы, металлы первой группы, фосфорную кислоту, нанесенную на носитель, и др. Поскольку реакции протекают на поверхности, то активность гетерогенного катализатора зависит от площади поверхности раздела фаз. Поэтому одной из основных характеристик катализатора является его удельная поверхность и важную роль здесь имеют процессы массопереноса (подвода реагентов к поверхности ката-лизатора и отвода продуктов реакции от нее).В гетерогенном катализе можно выделить четыре основные стадии:
1) диффузия исходных веществ к поверхности катализатора;
2) адсорбция исходных веществ на активных центрах за счет физических и химических сил;
3) взаимодействие адсорбированных веществ с образованием продуктов реакции;
4) десорбция продуктов с поверхности и диффузия их в глубь газовой или жидкой фазы.