Механизмы химических реакций

Механизмом химической реакции называют совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция. Все реакции можно подразделить на простые и сложные.

Простые протекают в одну стадию и называются одностадийными.Сложные реакции идут многостадийно. Различают следующие виды сложных реакций.

Последовательными называют реакции с промежуточными стадиями, когда продукт предыдущей стадии служит исходным веществом для последующей.

Реакции, в которых исходные вещества способны образовывать разные продукты реакции, называются параллельными.

Например, разложение гидразина:

В этом случае суммарная скорость реакции разложения гидразина равна сумме скоростей по тому и другому пути.

Сопряженные реакции называют сложные реакции, протекающие таким образом, когда одна из реакций может протекать самостоятельно, а вторая возможна только при наличии первой.

A+B → AB

A+D → AD

Колебательные реакции характеризуются колебаниями концентраций некоторых промежуточных соединений и соответственно скоростями превращения. Наблюдаются такие процессы в газовой

и жидкой фазах и особенно часто на границе раздела этих фаз с твердой фазой. Колебательными чаще всего бывают окислительно-восстановительные реакции, а также реакции, сопровождающиеся появлением новой фазы вещества. Причиной возникновения колебаний концентрации является наличие обратных связей между отдельными стадиями сложной реакции.

Пример: реакция, открытая Б.П. Белоусовым – взаимодействие лимонной кислоты с броматом, ускоряемое ионами церия. Раствор регулярно изменяет окраску от бесцветного катализатора (Ce III) к желтому (Ce IV) и обратно.

К цепным реакциям относят реакции, протекающие с образованием свободных радикалов, способных превращать реагенты в конечные продукты, поддерживая постоянство свободных радикалов или даже увеличивая их (разветвленная цепная реакция).

В цепных реакциях выделяют три стадии: зарождение цепи, ее развитие и обрыв. Зарождение (инициирование) происходит под воздействием светового, радиационного, термического или другого воздействия.

Примером неразветвленной цепной реакции может служить:

H₂ + Br₂ = 2HBr,

инициирование которой определяется термодиссоциацией.

1) Инициирование:

2) Рост цепи (разветвление):

3) Обрыв цепи:

Таков механизм цепной неразветвленной реакции: при каждом элементарном взаимодействии один активный центр образует, кроме молекулы продукта реакции, один новый активный центр.

Разветвленными называют цепные реакции, в которых на каждую прореагировавшую активную частицу приходится более одной вновь возникающей.

К разветвленным цепным реакциям относится, например, реакция образования воды из простых веществ. По цепному механизму протекают такие важные химические реакции, как горение, взрывы, процессы окисления углеводородов (получение спиртов, альдегидов, кетонов, органических кислот) и реакции полимеризации.

К цепным процессам относятся и ядерные цепные ре­акции, протекающие, например, в атомных реакторах или при взрыве атомной бомбы. Здесь роль активной частицы играет ней­трон, проникновение которого в ядро атома может приводить к его распаду, сопровождающемуся выделением большой энергии и образованием новых свободных нейтронов, продолжающих цепь ядерных превращений.

Реакции, протекающие под воздействием светового излучения, называются фотохимическими, а раздел, изучающий фотохимические превращения, − фотохимией.