Главная >> Химия 10 класс. Профильный уровень. Кузнецова

Глава 4. Теоретические основы, механизмы и закономерности протекания реакций органических соединений

Теоретические основы протекания органических реакций

Проблема. Что происходит с органическими соединениями в химических реакциях?

Стремление к образованию новых химических связей, обладающих большей энергией, и, следовательно, более стабильных химических систем является сущностью химических реакций.

Для установления зависимости строения и свойств веществ, для характеристики их химических реакций важно использовать понятие «реакционная способность».

В органической химии принято рассматривать реакционную способность не только соединения в целом, но и отдельных его частиц (атомов, функциональных групп, радикалов, а также отдельных химических связей).

Способность соединения и его отдельных фрагментов взаимодействовать с другими веществами с определенной скоростью называют их реакционной способностью.

Реакционная способность веществ, участвующих в химической реакции, измеряется скоростью данной химической реакции. Как вы знаете из курса основной школы, скорость химической реакции (υ) определяется изменением концентрации одного из вступивших в реакцию или образующихся в результате реакции веществ в единицу времени и выражается в молях на литр в секунду (моль/л • с). На скорость химической реакции влияют многие факторы: катализатор, поверхность соприкосновения веществ, температура, давление, природа реагентов, их энергетическое состояние, механизм протекания реакции. Даже в какой-либо конкретной реакции реакционная способность одного из реагентов может широко варьироваться под влиянием другого.

Скорость гомогенной реакции можно выразить формулой: υ_гомог = ΔС/Δt, где С — концентрация, t — время. Скорость гетерогенной реакции вычисляется сложнее, так как она определяется числом молей вещества, вступивших в реакцию или образующихся в результате реакции в единицу времени на единицу поверхности раздела фазы. Скорость гетерогенной реакции υ_{гетерог} = Δn/SΔt, где n — количество вещества (моль), S — площадь поверхности, t — время.

Реакционная способность зависит также от природы вещества — состава, строения, внутренней энергии и от природы другого реагента. Поэтому реакционная способность конкретного соединения всегда должна рассматриваться только по отношению к реакционному партнеру.

Внутренняя энергия органического соединения (U) как химической системы складывается из энергий образующих ее составных частей, в том числе молекул, атомов, электронов, ядер, ядерных взаимодействий и т. д. Она образуется суммой кинетической энергии движения указанных частиц и потенциальной энергии их взаимодействия между собой, а также энергии, отвечающей массе покоя частиц: Е = m_ос².

Химическая реакция и образование частиц — продуктов реакции происходит в том случае, если частицы реагентов обладают достаточной энергией (рис. 13).

Энергия, необходимая для начала химического взаимодействия, называется энергией активации (рис. 14). Она необходима для осуществления эффективного столкновения молекул, приводящего к взаимодействию. Энергию активации можно определить также как энергию, необходимую для достижения химической системой переходного состояния, называемого активированным комплексом. Чем меньше величина энергии активации, тем выше скорость реакции.

Все органические реакции (как и неорганические) сопровождаются изменением энергии химической системы.

Энергия химической реакции в целом — это энергия, которая выделяется или поглощается в результате реакции.

Из курса 8 класса вы уже знаете, что количество выделенного или поглощенного в ходе реакции тепла называется тепловым эффектом химической реакции (рис. 15).

Вы знаете также, что реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими (+Q), а реакции, протекающие с поглощением теплоты, — эндотермическими (-Q). Химическое уравнение, в котором указывается тепловой эффект, называется термохимическим.

Задание. Рассмотрите схему (рис. 16) и прокомментируйте ее содержание, используя ваши знания об энергетике химической реакции.

Изменять реакционную способность и в первую очередь энергетическое состояние конкретного вещества можно различными путями:

• физическим (нагреванием, охлаждением, действием света, механическими операциями);
• химическим (участием катализатора, ингибитора, растворителя, стенок сосудов);
• физико-химическим (увеличением концентрации реагентов, растворением и др.).

Многие органические реакции являются каталитическими, т. е. протекают в присутствии катализаторов.

Задание. Задания. Приведите примеры различных видов катализа и раскройте их различия. Какие вещества называют ингибиторами? Приведите пример реакции с их участием.

<<< К началу      Окончание >>>