Механизмы сложных реакций

Можно рассмотреть несколько типичных разновидностей сложных реакций.

1. Последовательные реакции. Реакции этого типа наиболее характерны для большинства сложных реакций. Реакция имеет две или несколько стадий, и соответственно образуются промежуточные вещества. Кинетические кривые для реакции из двух стадий.

показаны на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Изменение концентраций в последовательной реакции.

А В Р В последовательных реакциях скорость образования конечного продукта не равна скорости исчезновения исходного вещества. Конечный продукт образуется со скоростью, диктуемой самой медленной стадией реакции. В последовательных реакциях может наступать стационарное состояние для промежуточного вещества. На протяжении определенного времени концентрация промежуточного вещества остается постоянной.

2. Параллельные реакции. В некоторых случаях исходные вещества реагируют с образованием двух и более конечных продуктов. Например, могут образоваться 2—3 изомера. Соотношение между количествами продуктов зависит от констант скорости:

3. Последовательно-параллельные реакции. Реагенты могут превращаться в продукты реакции, реагируя по двум или более разным путям (механизмам). Например, по одному пути вещества непосредственно превращаются в продукты реакции, а по другому — реагируют в две стадии, образуя промежуточное вещество М:

Это случай, лежащий в основе явления катализа. Промежуточное вещество М может быть соединением одного из реагентов с некоторым дополнительным веществом К, при участии которого реакция значительно ускоряется. Тогда это вещество называется катализатором.

4. Фотохимические реакции. Реакция называется фотохимической, если она идет только при поглощении квантов электромагнитного излучения. Энергия квантов идет на повышение потенциальной энергии продуктов реакции. В разных фотохимических реакциях требуется излучение с разной энергией квантов, зависящей от длины волны.

Среди фотохимических реакций необычайно важен фотосинтез, без которого не было бы глюкозы и всех органических веществ, являющихся продуктами превращения глюкозы в клетках. Поэтому фотосинтезирующие водоросли были в числе первых живых организмов на нашей планете.

Основной кинетической характеристикой фотохимических реакций является квантовый выход Ф — отношение числа превращенных частиц к числу поглощенных квантов. В фотохимической реакции С0₂ + hv = = СО + О квантовый выход Ф = 1. Длина волны поглощаемых квантов от 160 до 120 нм.

Квантовый выход может быть значительно меньше единицы. Это значит, что большая часть возбужденных молекул переходит в исходное состояние без химического превращения. Квантовый выход бывает и во много раз больше единицы, если возникает цепная реакция. Реакция в смеси водорода и хлора начинается при воздействии импульса ультрафиолетового излучения. Для продолжения реакции облучение не требуется, так как она идет по ценному механизму (см. т. 2, с. 19—20). Такие реакции называются фотокаталитическими, так как квант света лишь инициирует реакцию, не давая дополнительной энергии образующемуся продукту.

Скорость фотохимических реакций зависит также от мощности поглощаемого излучения. Можно отметить, что и в таком химическом процессе, как электролиз, скорость тоже зависит от потребляемой мощности электроэнергии.