1. Тема лекції: «Cкладні реакції»
Лектор:
доцент
Бондаренко
Наталія
Юріївна
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Національний фармацевтичний університет
2. Кафедра фізичної та колоїдної хімії
План лекції:
1. Типи складних реакцій.
1.1. Паралельні реакції.
1.2. Послідовні реакції.
1.3. Оборотні реакції.
1.4. Спряжені реакції.
1.5. Ланцюгові реакції.
1.6. Фотохімічні процеси.
Література:
1.Кабачний, В. І. Лекції з фізичної хімії : навч. посіб.
для студ. вищ. фармац. навч. закл. / В. І. Кабачний, Л.
Д. Грицан, Т. О. Томаровська, Л. К. Осіпенко; за ред. В.
І. Кабачного. — Х. : НФаУ: Золоті сторінки, 2012. – 280 с.
2. Физическая и коллоидная химия / В. И. Кабачный,
Л. К. Осипенко, Л. Д. Грицан и др. – 2-е изд., перераб. и
доп. – Х. : Изд-во НФаУ, 2010. – 432 с.
4. У більшості випадків реакції між речовинами є
багатостадійними процесами. Теорія кінетики
складних реакцій базується на принципі
незалежності, згідно якому при одночасному
перебігу в системі декількох реакцій, кожна з
них є незалежною від інших та її швидкість
прямопропорційна концентраціям реагуючих
речовин.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
6. Паралельними називають реакції, якщо вихідна
речовина одночасно реагує у двох або декількох
напрямках.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
v1
A
B
C
v2 ck
ck
22
11
v
v
=
=
c
c
t
kk 0
21 ln
1
)( =+
ckk
ckck
)(v
àáîv
21
21
+=
+=
Алгебраїчно константи швидкості реакції
можна розрахувати аналогічно константі
швидкості реакції І порядку. Графічно сума
k1+k2 дорівнює тангенсу кута нахилу прямої,
побудованої в координатах lncA – t. Відношення
k1/k2 дорівнює відношенню концентрацій
продуктів сВ/сС. Знаючи сумму k1+k2 і
відношення k1/k2, знаходять кожну константу.
7. Приклад: реакція нітрування фенолу з
утворенням о- і п-нітрофенолу (1) або
розкладання хлорату калію при нагріванні (2):
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
6KClO3
2KCl + 3O2
3KClO4 + KCl
+ Н2О
2NO3
–
(H2O)
п-нітрофенол
о-нітрофенол
NO2
ОН
2
фенол
ОН
NO2
ОН
+ Н2О
25 °С
(1)
(2)
MnO2
9. Реакцію називають послідовною, якщо продукт
першої стадії є вихідною речовиною другої стадії.
Приклад: Реакція розкладання N2O5 у газовій фазі
перебігає в 4 стадії:
1) N2O5 = N2O3 + O2 – повільна;
2) N2O3 = NО2 + NO – швидка;
3) NO + N2O5 = 3NO2 – швидка;
4) 2NO2 = N2O4 – швидка.
Сумарне рівняння має вигляд: 2N2O5 = 2N2O4 + O2.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
CBÀ
21 kk
→→
Якщо одна зі стадій реакції має значно меншу
швидкість, ніж інші, то загальна швидкість
процесу визначається швидкістю саме цієї
стадії (лімітуюча стадія); загальний порядок
реакції не буде співпадати з молекулярністю
загального стехіометричного рівняння.
11. Оборотніми називають реакції, що
перебігають одночасно в двох протилежних
напрямках. Теоретично всі реакції у тій чи іншій
мірі є оборотніми; практично оборотніми є такі
реакції, у яких рівновага встановлюється при
значних кількостях вихідних речовин.
Приклад:
утворення естерів
CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O
синтез амоніаку
N2 + 3H2 2NH3
утворення гідроген йодиду
Н2 + I2 2НI
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
12. В процесі оборотної реакції концентрація
вихідних речовин зменшується, що призводить
до зменшення швидкості реакції; при цьому
концентрація продуктів реакції зростає, і,
відповідно, зростає швидкість їх взаємодії. Ці
зміни будуть відбуватись, доки не встановиться
рівновага прямого і зворотного процесів. Отже,
швидкість такого процесу дорівнює різниці між
швидкостями прямої та зворотньої реакції:
BА
1
2
↔
k
k
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
B2A1çâîðïð
vvv ckck −=−=
14. Спряженими називають реакції типу:
А + В → М (І); А + С → N (ІІ)
тобто речовина В (актор) приймає участь у двох
паралельних реакціях. Характерним для цього типу
реакцій є те, що одна з реакцій може перебігати
самостійно, а інша – не може за відсутності речовини А
(індуктор), тому що речовина А індукує другу реакцію.
Речовина С називається акцептором.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
У багатьох спряжених реакціях індуктор
може бути каталізатором, і процес
відбуватиметься з утворенням нестійких
хімічних сполук, але, на відміну від
каталізатора, індуктор у реакції
витрачається.
16. Ланцюговими називають реакції, в яких багаторазово
повторюється цикл елементарних актів за участю активних
частинок: атомів, радикалів та ін.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Характерні особливості:
дуже чутливі навіть до невеликих кількостей
каталізаторів;
дуже чутливі до зовнішніх умов (Т, hν та ін);
температурна залежність швидкості реакції
не узгоджується з рівнянням Арреніуса;
характерна різка зміна швидкості процесу з
досягненням певної маси або величини
зовнішнього фактора (Т, р та ін.)
17. зародження (ініціювання) – утворення
активних частинок (атомів або радикалів), які
мають високу хімічну активність;
продовження або розвиток ланцюга –
періодичне повторення групи реакцій.
Ланцюгом називають послідовність
елементарних стадій, які йдуть одна за
одною;
обрив ланцюга – акт, в результаті якого
зникають активні частинки, що призводить
до припинення реакції.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Механізм ланцюгових реакцій включає 3 стадії:
19. Фотохімічними називають реакції, зумовлені
поглинанням реагуючими речовинами світлової енергії.
Наприклад: процес фотосинтезу.
Швидкість фотохімічної реакції пропорційна
інтенсивності діючого світла, обернено пропорційна частоті
світла і зростає зі збільшенням концентрації і товщини
шару реакційної суміші.
Кафедра фізичної та колоїдної хімії
Іноді фотохімічну реакцію можна викликати
за допомогою сенсибілізаторів, які
поглинають світлову енергію, а потім
активують вихідні речовини. Явище
люмінесценції застосовують для якісного та
кількісного аналізу лікарських та біологічно-
активних речовин.
