Механизмы протекания химических реакций

Механизмом хим реакции именуют последовательность и нрав стадий реакции. В согласовании с механизмом различают обыкновенные и сложныереакции.

Ординарными (простыми) именуют реакции, протекающие в одну стадию. К обычным реакциям относят диссоциацию большинства двухатомных молекул. К примеру: Br2 = 2Br.

Сложные реакции протекают в несколько стадий. Посреди сложных реакций различают: конкурирующие, поочередные, сопряженные Механизмы протекания химических реакций, обратимые, цепные, фотохимические и др.

1.Конкурирующиереакции можно схематично записать так:

A+B1 X1

A+B2 X2

К примеру: при нитровании оксибензола сразу протекают два процесса – образование орто- и пара-нитрофенола.

2. Последовательныереакции можно записать в виде:

A B C.

Примером является реакция гидролиза соли, образованной многоосновной кислотой либо многокислотным основанием:

Na2CO Механизмы протекания химических реакций3+ H2O= NaHCO3+NaOH; (k1);

NaHCO3+ H2O= H2CO3+NaOH; (k2).

Биохимические реакции в человеческом организме почти всегда являются поочередными. К примеру, глюкоза, поступающая в организм, в процессе окисления превращаясь в пировиноградную кислоту, претерпевает девять поочередных перевоплощений (процесс гликолиза).

3. Сопряженныереакции отвечают общей схеме:

a) A+B M;

b Механизмы протекания химических реакций) A+C N.

При всем этом реакция (а) может протекать без помощи других, тогда как реакция (b) протекает только при наличии реакции (а).

4. Обратимыереакции. Большая часть реакций в той либо другой степени обратимы, потому следует учесть как прямую, так и оборотную реакцию:

К примеру, обратимой является Механизмы протекания химических реакций реакция образования аммиака:

N2+ 3H2⇄ 2NH3.

Скорость прямой реакции убывает со временем, а скорость оборотной реакции растет до момента выравнивания обеих скоростей, когда наступит состояние подвижного хим равновесия.

Если быстроту реакции в прямом направлении существенно превосходит скорость оборотного процесса, то считают, что реакция протекает фактически до конца.

5. Цепныереакции - это Механизмы протекания химических реакций реакции, протекающие с ролью химически активных частиц (свободных атомов и радикалов) и состоящие из огромного количества циклических стадий.

Образование свободных радикалов, нужных для начала цепной реакции, происходит при разрыве связей в молекуле и всегда бывает связано с энергозатратой, которая может быть получена:

а) при поглощении молекулой кванта света:

Br2 Br•+Br•;

б Механизмы протекания химических реакций) при электронном разряде:

O2 O•+O•;

в) под воздействием a-, b-, g-излучений (радиоактивный распад);

г) при использовании внутренней термический энергии самой системы.

Радикалы, вследствие собственной валентной ненасыщенности и высочайшей хим активности, есть только очень недолго, но они переводят устойчивые молекулы в активное состояние. Начавшаяся цепная Механизмы протекания химических реакций реакция длится до того времени, пока не прореагирует все вещество либо пока активные частички по любым причинам не пропадут. Роль активных радикалов могут играть атомы водорода, хлора, кислорода и группы: СН3–, –ОН, –SH, С6Н5– и др.

По механизму протекания цепных реакций они делятся на неразветвленныеи разветвленные.

К неразветвленным цепным Механизмы протекания химических реакций реакциям относятся реакции синтеза HCl(газ); НВr(газ) и другие, протекающие,к примеру, под действием света:

H2+Cl2 2HCl(газ).

Примером разветвленной цепной реакции, когда расход одной либо нескольких активных частиц приводит к образованию существенно большего количества таких частиц, является реакция горения водорода (рис. 1).

Рис. 1. Схема цепной реакции горения Механизмы протекания химических реакций водорода.

Для зарождения цепи нужна высочайшая температура. Особенность развития цепи в данной реакции заключается в том, что поглощение 1-го радикала , сначало нужного для совершения этой группы реакций, приводит потом к образованию 3-х радикалов / /.

Животрепещущим является исследование цепных реакций, возникающих в человеческом организме при воздействии проникающей радиации, потому что образующиеся радикалы Механизмы протекания химических реакций способны оказывать воздействие на био макромолекулы (ДНК, РНК и др.), что, в свою очередь, вызывает мутации и приводит к наследным болезням.

6. Фотохимическиминазываются реакции, которые протекают только при наличии излучения в широком интервале энергий: от видимого и ультрафиолетового до рентгеновского и g-лучей.

Энергия активации тут обеспечивается за счет излучения Механизмы протекания химических реакций, под действием которого молекулы начальных веществ перебегают в электронно-возбужденное состояние.

Механизмы фотохимических реакций многообразны. Невзирая на это, во всех случаях можно выделить первичные процессы, конкретно вызываемые действием света, и вторичные реакции, не требующие освещения для собственного протекания и именуемые потому темными.

К первичным процессам относятся последующие Механизмы протекания химических реакций:

1. Возбуждение молекул либо атомов, в итоге чего образуются наименее устойчивые частички, способные к предстоящим превращениям:

M+hn M*.

2. Диссоциация молекул на атомы либо радикалы (фотолиз):

AB+hn A+B.

3. Ионизация молекул либо атомов с выделением электрона (фотоэффект):

M+hn M++e.

Фотохимические реакции подчиняются последующим законам:

I закон фотохимии:

Химически активным Механизмы протекания химических реакций является только то излучение, которое поглощается обскурантистской консистенцией.

II закон фотохимии:

Каждый поглощенный квант света вызывает перевоплощение одной молекулы.

Фотохимические реакции отличаются слабенькой зависимостью быстроты реакции от температуры. Это разъясняется тем, что в первичных реакциях за счет поглощения света приобретается так большая энергия, что увеличение температуры может поменять ее Механизмы протекания химических реакций только некординально.

Фотосинтез

Фотосинтез - более принципиальный фотобиологический процесс, потому что с его помощью растения и некие другие организмы сохраняют энергию солнечного света. Фотосинтез состоит из огромного количества очень сложных реакций, но суммарный его итог выражается последующей обычной реакцией:

6CO2+ 6H2O C6H12O6+ 6O2DG0= 2861,9 кДж/моль.

Более общая схема Механизмы протекания химических реакций суммарного фотосинтетического процесса записывается последующим образом:

2H2D + CO2 CH2O + H2O + 2D,

где D – элемент, окисляющийся в процессе фотосинтеза.

Как видно из конфигурации стандартной энергии Гиббса, фотосинтез относится к эндэргоническим реакциям. Эти реакции могут осуществляться только за счет поступающей снаружи энергии света.

Зрение

Зрение содержит в Механизмы протекания химических реакций себе поглощение энергии излучения и перевоплощение ее в нервный импульс. Видимый свет поглощается хромофором глаза, которым служит альдегидпроизводное витамина А-ретиналь. В сетчатке глаза находится около 100 млн. специализированных клеток, так именуемых палочек, и 5 млн. других клеток, именуемых колбочками. Меж этими клеточками и нервными волокнами, соединяющими их с мозгом Механизмы протекания химических реакций, находятся соединительные участки, именуемые синапсами.

Установлено, что в зрительном процессе поглощение энергии света не приводит ни к каким хим реакциям, а сводится только к изомеризации 11-цис-ретиналя в транс-ретиналь. Ретиналь связывается с белком, именуемым опсином. Опсин образует комплексы с хромофорами, формируя родопсин и йодопсин. Родопсин действует в критериях низкой интенсивности Механизмы протекания химических реакций света, к примеру, ночкой. Он не различает цвета, потому что содержит только один пигмент. Цветное зрение человека обосновано йодопсином.

Ферментативный катализ

Катализаторомназывается вещество, которое ускоряет реакцию, но само в процессе реакции не расходуется. Хотя механизмы каталитических реакций могут очень различаться, но общим будет то, что в присутствии катализатора снижается энергия Механизмы протекания химических реакций активации, т. е. в присутствии катализатора процесс идет по другому пути, отличающемуся от пути реакции в отсутствие катализатора.

Реакции, катализируемые ферментами, обычно характеризуются очень сильным ускорением (104 – 105 раз) и высочайшей спецификой. Под спецификой тут понимают способность ферментов ускорять реакцию только меж определенными субстанциями, именуемыми субстратами.

Ферменты бывают 2-ух типов: обыкновенные – это Механизмы протекания химических реакций белковые молекулы, содержащие один /трипсин/ либо несколько /уреаза-4/ активных центров; и сложные, состоящие из белка и небелкового компонента (витамины, атомы металлов, нуклеотиды и др.). Активные центры имеют жесткую структуру, на их поверхности и происходит перевоплощение субстратов.

Ферментативный процесс можно представить последующим образом:

где E, S – фермент и субстрат;

P Механизмы протекания химических реакций – продукт реакции;

ES – фермент-субстратный комплекс.

Скорость ферментативного процесса можно высчитать по уравнению Михаэлиса-Ментен:

, (12)

где С(S) – концентрация субстрата;

– наибольшая быстроту реакции, т. е. скорость, когда весь фермент находится в составе фермент-субстратного комплекса.

Из уравнения Михаэлиса-Ментен можно сделать последующие заключения:

а) при большой Механизмы протекания химических реакций концентрации субстрата быстроту реакции будет фактически равна наибольшей скорости, т. е. ;

б) при малой концентрации субстрата быстроту реакции будет прямо пропорциональна его концентрации, т. е.:

Уравнение Михаэлиса-Ментен достаточно точно обрисовывает только исходный период ферментативного процесса, потому что в нем не учитывается воздействие и взаимодействие с ферментом товаров реакции.


Образцы решения задач

1. В Механизмы протекания химических реакций сосуде смешали газ А количеством вещества 4,5 моль и газ В количеством вещества 3 моль. Газы А и В реагируют в согласовании с уравнением А + В = С. Через некое время в системе образовался газ С количеством вещества 2 моль. Какие количества непрореагировавших газов А и В остались в системе?

Решение.

Из Механизмы протекания химических реакций уравнения реакции следует, что:

Dn(A) =Dn(B) =Dn(C) = 2 моль,

где Dn‑ изменение количества вещества в процессе реакции.

Как следует, в сосуде осталось:

n2(A) =n1(А) -Dn(A); n2(A) = (4,5 - 2) моль= 2,5 моль;

n2(B) =n1(B) -Dn(B); n2(B) = (3 - 2) моль= 1 моль.

2. Реакция протекает по уравнению: 2A + B Механизмы протекания химических реакций ⇄ C и имеет 2-ой порядок по веществу А и 1-ый по веществу B. В исходный момент времени быстроту реакции равна 15 моль/л×с. Высчитать константу скорости и скорость прямой реакции тогда, когда прореагирует 50% вещества B, если исходные концентрации равны: С(A) = 10 моль/л; С(B) = 5 моль Механизмы протекания химических реакций/л. Как поменяется скорость хим реакции?

Решение.

Согласно закону действующих масс:

;

С(B), вступившего в реакцию, равна:

С(B) = 0,5·5 = 2,5 моль/л.

Соответственно С(A), вступившего в реакцию, равна:

2 моль/л A- 1 моль/л B

С(A) - 2,5 моль/л B

С(A) и С(B) после протекания реакции:

С(A) = 10 - 5 = 5 моль/л Механизмы протекания химических реакций,

С(B) = 5 - 2,5 = 2,5 моль/л.

Скорость прямой реакции будет равна:

Скорость хим реакции поменяется:

0

т. е. уменьшится в 8 раз.

3. Реакция меж субстанциями А и В выражается уравнением: А + 2В = С и имеет 1-ый порядок по веществу А и 2-ой по веществу B. Исходные концентрации веществ равны: С(А) = 2 моль/л; С(В) = 4 моль Механизмы протекания химических реакций/л; константа скорости равна 1,0. Отыскать исходную быстроту реакции и скорость по истечении некого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,3 моль/л.

Решение.

Согласно закону действующих масс:

Если концентрация вещества А уменьшится на 0,3 моль/л, то концентрация вещества В уменьшится на 0,3×2 = 0,6 моль/л. После протекания реакции концентрации Механизмы протекания химических реакций равны:

4. Скорости прямой и оборотной газофазных реакций, протекающих в замкнутом сосуде, выражаются уравнениями:

Высчитать, как поменяются скорости прямой и оборотной реакций при увеличении давления в системе в 3 раза, если начальные концентрации веществ равны: С0(A) = 1 моль/л; С0(B) = 3 моль/л; С0(C) = 2 моль/л.

Решение.

Согласно закону Механизмы протекания химических реакций действующих масс, скорости прямой и оборотной реакций при исходных критериях равны:

Повышение давления в 3 раза для газообразных систем приводит к уменьшению объема газовой консистенции в 3 раза, во столько же раз увеличатся концентрации всех 3-х газов, и скорости обеих реакций станут соответственно равны:

Дела скоростей реакций составляют:

Таким макаром, скорость прямой реакции Механизмы протекания химических реакций возрастет в 27 раз, оборотной - в 9.

5. Реакция при температуре 500С протекает за 2 мин 15 с. За какое время завершится эта реакция при температуре 700С, если в данном температурном интервале температурный коэффициент скорости gравен 3?

Решение.

При увеличении температуры от 50 до 700С быстроту реакции в согласовании с правилом Вант-Гоффа растет:

где Механизмы протекания химических реакций = 700С, = 500С, a и - быстроты реакции при данных температурах.

Получаем:

т.е. быстроту реакции возрастает в 9 раз.

В согласовании с определением, время реакции назад пропорционально скорости протекания реакции, как следует:

где и - время реакции при температурах и .

Отсюда получаем:

Беря во внимание, что = 135 с (2 мин 15 с), определяем время Механизмы протекания химических реакций реакции при температуре :

6. Во сколькораз возрастет скорость хим реакции при повышении температуры от = 100C до = 800С, если температурный коэффициент скорости g равен 2?

Решение.

Из правила Вант-Гоффа:

Быстроту реакции возрастет в 128 раз.

7. При исследовании кинетики выведения фармацевтического продукта из организма хворого было установлено, что за 3 часа в организме пациента осталось 50% от начального Механизмы протекания химических реакций количества фармацевтического средства. Найти период полувыведения и константу быстроты реакции выведения продукта из человеческого организма, если понятно, что это реакция первого порядка.

Решение.

Потому что за данный просвет времени из организма было выведено 50% продукта, то t1/2= 3 часа. Константу быстроты реакции рассчитаем из уравнения:

8. При лабораторных исследовательских работах аква Механизмы протекания химических реакций смесей фармацевтического средства было установлено, что вследствие гидролиза концентрация продукта за день уменьшилась от 0,05 моль/л до 0,03 моль/л. Вычислить период полупревращения реакции гидролиза продукта.

Решение.

Потому что реакции гидролиза обычно протекают при значимом излишке воды, то ее концентрацию можно неизменной. Как следует, в процессе реакции меняется только концентрация Механизмы протекания химических реакций продукта и реакцию гидролиза можно считать реакцией первого порядка.

Значение константы быстроты реакции найдем из уравнения:

Отсюда:

9. Период полувыведения продукта из организма хворого (реакция первого порядка) равен 5 часам. Найти время, за которое из организма будет выведено 75% продукта.

Решение.

При выведении из организма 75% продукта отношение С/С0 составит Механизмы протекания химических реакций 0,25. В этом случае комфортно пользоваться формулой:

Отсюда:

,

10. Константа быстроты реакции гидролиза сахарозы равна 2,31×10-3 ч-1. Высчитать:

1) период полупревращения реакции;

2) время, за которое гидролизу подвергнется 20% сахарозы;

3) какая часть глюкозы подвергнется гидролизу через 5 суток.

Решение.

1. Период полупревращения равен:

2. После того, как гидролизу подвергнется 20% сахарозы, отношение С/С0 составит 0,8. Как следует:

3. Через 5 суток (120 часов) отношение С Механизмы протекания химических реакций/С0 составит:

Как следует, гидролизу подверглось 24% глюкозы.

11. В процессе некой реакции первого порядка за 30 мин превращению подвергается 60% начального количества вещества. Найти, какая часть вещества остается через 1 час.

Решение.

1. Через 30 минут количество оставшегося вещества составит:

С1=С0- 0,6С0= 0,4×С0.

т.е., отношение С0/С1 равно 2,5.

2. Найдем константу быстроты Механизмы протекания химических реакций реакции:

3. Количество вещества С2, оставшееся через 1 час, определим по формуле:

Таким макаром, через 1 час остается 16% от начального вещества


mehanizmi-kanalcevoj-reabsorbcii.html
mehanizmi-kompensacii-gemodinamicheskih-narushenij-pri-hronicheskoj-serdechnoj-nedostatochnosti.html
mehanizmi-koordinacii-formirovaniya-sistem-upravleniya-dorozhnim-hozyajstvom-stran-sng.html