Сопряженные реакции

Химическая индукция – такое явление, когда одна химическая реакция вызывает (индуцирует) протекание в системе другой, неосуществимой в отсутствие первой.

Две реакции, из которых одна индуцирует протекание другой, называются сопряженными.

Схема сопряженной реакции в простейшем случае:

1. А + С ≠ Р (реакция не идет самостоятельно);

2. А + J → В (реакция идет самостоятельно);

реакции идут совместно в одной системе

Часто в обеих реакциях принимает участие одно и то же вещество, которое самопроизвольно реагирует во второй реакции. Это вещество называется актором (в нашем случае вещество А).

Компонент, который реагируя с актором, индуцирует превращение другого вещества в другой реакции, называется индуктором (вещество J).

Компонент, который вступает в реакцию с актором только в присутствии индуктора, называется акцептором (вещество С).

Например, реакция

2СО + О₂→2СО₂

Идет только при достаточно высоких температурах. Но если в системе протекает реакция окисления водорода

2Н₂ + О₂ → 2Н₂О, то в этой системе окисляется и СО при невысоких температурах. В этих сопряженных реакциях кислород О₂ является актором, Н₂ – индуктором, а СО – акцептором.

Явление химической индукции было подробно исследовано Н.А.Шиловым. Им было дано объяснение этому явлению, согласно которому химическая индукция обусловлена тем, что сопряженные реакции протекают через общие активные промежуточные вещества. Такими активными промежуточными продуктами могут быть свободные радикалы, промежуточные окисленные формы ионов, лабильные комплексы и так далее.

Тогда схема простейших сопряженных реакций будет содержать активное промежуточное вещество R и примет вид:

A + J R

R + J B

R + C P

Таким образом, в сопряженных реакциях образующиеся активные промежуточные вещества взаимодействуют как с индуктором, так и с акцептором, вызывая расходование последнего.

В приведенном выше примере индукция обусловлена образованием радикала гидроксила НО ^∙ в цепной реакции окисления водорода, который окисляет и СО

НО ^∙ + СО → СО₂ + Н ^∙

Количественной мерой химической индукции служит фактор индукции Ф, который представляет собой отношение скорости расходования акцептора, , к скорости расходованияиндуктора, , то есть

.

= - k₃С_R С_C, = - k₁С_А С_J - k₂С_R С_J.

. (3.25)

Однако, полученное уравнение не может быть рассчитано практически, поскольку в формулу входит С_R – концентрация неустойчивого промежуточного продукта, которая не может быть определена аналитически. Для такого типа реакций предложен приближенный метод стационарных концентраций, позволяющий избежать использования концентрации С_R.

Рассмотрим этот метод подробнее.