Kimyoviy reaksiyalar mexanizmi

Reaksiyaga kirishuvchi moddalar tabiati va reaksiyalarning sodir bo'lish sharoitlariga qarab jarayonda molekulalar, ionlar, atomlar yoki radikallar ishtirok etishi mumkin.

Oddiy reaksiyalar

Oddiy reaksiyalarda jarayon bitta bosqichda amalga oshadi, uning kinetik tenglamalarida yagona tezlik konstantasigina mavjud bo‘ladi. Bunday vaziyat vodorod bilan yod molekulalari orasidagi birikish reaksiyasida amalga oshadi, lekin H₂ + I₂ sistemasida vaziyat boshqacha.

Murakkab reaksiyalar

Murakkab reaksiyalar bir necha oddiy reaksiyalaming umumlashgan holatida yuz beradi. Bunday konsekutiv deb nomlangan reaksiyalarda bir reaksiya mahsuloti boshqa reaksiya uchun boshlangich modda bo'ladi:

A—^k2→B—^k2→C

Bunday reaksiyalarga misol tariqasida uglevodorodlarning krekingi, alkanlarni xlorlash reaksiyalari, polimerlanish, murakkab efirlar gidrolizi va shularga o‘xshashlarni keltirish mumkin. Bunday reaksiyalarda bir necha tezlik konstantalari orqali ifodalangan kinetik tenglamalar bo'ladi. Ko‘pincha, bunday reaksiyalarda bir vaqt oralig‘ida turli jarayonlar amalga oshadi, bir necha bog'larining uzilishi, ko‘pgina bog'larning yuzaga keli­shi, umumiy jarayon tezligi katta bolmasligi kutiladi. Bunday reaksiyalar qaytar, parallel, ketma-ket boruvchi, tutash xususiyatli va zanjirli tabiatga ega bo'lishi mumkin. Ularni birma-bir ko‘rib chiqamiz:

a) qaytar reaksiyalar bizga tanish bo'lgan reaksiyalardir. Ularda reak­siya mahsulotlari o‘zaro ta’sirlashib, reaksiyada qatnashgan boshlang'ich moddalarni hosil qiladi:

3H₂ + N₂ —^k2*^v1— _k1*v1→2NH₃

b) parallel reaksiyalar bir vaqtning o‘zida boshlang'ich moddalar ikki yoki undan ko‘proq, bir-biri bilan bog'liq bo'lmagan yo‘nalishda sodir bo'lishi mumkin:

2KClO₃  2KCl + 3O₂

4KClO₃  KCl + 3KClO₄

Agar reaksiyalarning biri kichik tezlikda sodir bo'lsa, tez amalga oshadigan bosqich boshlang'ich moddaning sarf bo'lish tezligi bilan bog‘liq bo'ladi;

d) ketma-ket sodir bo'ladigan reaksiyalarda jarayon bir necha oraliq bosqichlar orqali amalga oshadi:

A—^k2→B—^k2→C

Bu sxemada A — boshlang'ich, В — oraliq modda yoki moddalar va С — reaksiya mahsulotidir.

Yuqori molekulali neft mahsulotlarini qizdirish natijasida ulardan maydaroq molekulalar hosil bo'lishi kuzatiladi. Bunday moddalar yana ham uglerod atomlari kamroq bo'lgan mahsulotlarga parchalanadi. Bu turdagi reaksiyalar qatoriga kraxmalning gidrolizi natijasida oligomerlar, ulardan trisaxaridlar, ular esa o‘z galida yana ham maydaroq di- va monosaxaridlar hosil qilishi:

C₁₈H₃₂O₁₆ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₁₂H₂₂O₁₁ +H₂O → 3C₆H₁₂O₆

e) tutash reaksiyalarda bir vaqtning o‘zida ikki reaksiya sodir bo'lishi kuzatiladi. Bunda ikki reaksiyada qatnashuvchi moddalar ay­rim-ayrim olinganda ulardan biri uchun bu reaksiya bormasligi mumkin, ya’ni bir reaksiya borishi uchun ikkinchi reaksiya mavjud bo'lishi kerak. Masalan, Na₂SO₃ havo kislorodi ishtirokida oson oksidlanib Na₂SO₄ ni hosil qiladi. Ayrim olingan Na₂HAsO₃ kislorod ta’sirida oksidlanmaydi, lekin Na₂SO₃ bilan Na₂HAsO₃ bir eritmada birgalikda bo'lganda kislorod ikkala moddani oksidlaydi va Na₂HAsO₄ ham hosil bo'ladi.

Ikkinchi misol, organik reaksiyalarda kuzatiladigan holatlardan biri benzol vodorod peroksid ta’sirida oksidlanmaydi. Temir(Il) ionlari H₂O₂ ta’sirida temir(III) ioniga qadar oksidlanadi. Fe²⁺ bilan H₂O₂ reaksiyasi natijasida HO' radikal hosil bo'ladi:

Fe²⁺ + H₂O₂ = Fe³⁺ + HO^- + НO'

HO' radikal С₆Н₆ dan vodorod atomini tortib oladi va С₆Н₅' radikali hosil bo‘ladi. Uning reaksiyalari:

C₆H₅ '+ HO' = C₆H₅OH va C₆H'₅ + C₆H'₅ = C₆H₅ - C₆H₅

Reaksiyalaming tutash mexanizmga ega bo ‘lish sababini reaksiyada oraliq aktiv mahsulotlarning (HO* radikali) ikkala reaksiyada qatnashishi natijasi deb qarash to‘g‘ri bo‘ladi.

Zanjirli reaksiyalar

Zanjirli reaksiyalar xili juda ko‘p bo‘lib, ulardan biri bilan metanni xlorlash reaksiyasi misolini keltirish mumkin. Bunday mexanizmga ega bo‘lgan reaksiyalar qaldiroq gaz — H₂ va O₂ aralashmasida, gomogen sistemalardan biri uglevodorodlarning oksidlanish (spirtlar, aldegidlar, ketonlar, organik kislotalar kabi ko‘p miqdorda olinadigan) parchalanish, polimerlanish reaksiyalarida amalga oshadi.

Har qanday zanjirli reaksiyalarga uchta bosqich xos — zanjir boshlanishi, zanjirning rivojlanishi (davom etish) va zanjirning uzilish bosqichlari.
Birinchi bosqichda tashqi omillar (nur kvanti ta’siri, qizdirish, radi-oaktiv nurlar) ta’sirida bog‘lanish energiyasi oson uziladigan molekula, masalan H₂ va Br₂ aralashmasida Br₂ molekulasi nur kvanti ta’sirida ikkita radikalga parchalanadi:

Br₂ → 2Br*

Ikkinchi bosqich zanjirli reaksiyaning rivojlanishida hosil bo‘lgan Br' radikali H₂ molekulasi bilan to‘qnashib, energiyasi kam bo‘lgan mahsulot molekulasi va yangi vodorod radikalini hosil qiladi:

Br* + H₂→ HBr + H*

yangi Н' radikali Br₂ molekulasi bilan to‘qnashib mahsulotni va yana Br' ni hosil qiladi va zanjir yana davom etaveradi:

H* + Br₂→ HBr + Br*

Uchinchi bosqichda radikallar orasidagi reaksiya natijasida ular oddiy molekulalarga aylanadi va shu sababli radikalli zanjir jarayoni to‘xtab qoladi:

H*+ Н* → H_2, Br* + Br* → Br₂, Br* + Н* →HBr

Bundan tashqari, radikallar idish devorlari bilan to‘qnashishi ham zanjir uzilishiga sabab bo‘ladi.

Zanjir davom etishida CH₄ + Cl₂→ yoki H₂+ Cl₂→reaksiyalaridagi kabi bitta radikal jarayon davomida molekula va yangi radikal hosil qilsa, uni tarmoqlanmagan radikalli zanjir reaksiyasi deb, agar zanjir davomida mahsulotdan tashqari birdan ortiq radikal hosil bo‘lsa, masalan, H₂ + O₂ sistemani tarmoqlangan radikalli zanjirli reaksiya deb ataladi:

1. Zanjirning boshlanish bosqichi (hv, elektr uchqun va hokazo ta’sirida):

H₂ + O₂ —^hv→HO* + H O*, E_a = 190 kJ

2. Zanjirning rivojlanish bosqichi:

NO* +H = H₂O + H*, E_a = 60 kJ

H* + O₂ → HO* + O* , E_a= 80 kJ

H₂ + O* → HO* + H*, E_a= 40 kJ

Shu jarayonda aktiv radikallar soni geometrik progressiya tarzida ortib boradi va shu sababli bunday reaksiyalar tezligi keskin ortadi.

3. Zanjirning uzilish bosqichida quyidagi jarayonlar kuzatilishi mumkin:

HO* + H* → H₂O, HO* + HO* → H₂O₂ va boshqalar.