3. Складні реакції. Ланцюгові реакції

Більшість реальних хімічних процесів представляє собою сукупність декількох простих хімічних реакцій, пов’язаних між собою. До таких складних реакцій належать паралельні, зворотні, послідовні і спряжені реакції. Такі реакції проходять через низку простих послідовних, а іноді паралельних реакцій, які називаються елементарними. Сукупність елементарних стадій, через які здійснюється перетворення початкових речовин у продукти реакції, тобто шлях, через який проходить реакція, називається механізмом реакції. Ці елементарні стадії можуть бути зворотними чи незворотними.

Паралельними реакціями називають такі реакції, в яких одні й ті ж вихідні речовини, реагуючи одночасно, утворюють різні продукти.

Схематично паралельні реакції можна представити рівнянням:

К₁ В

А К₁ B або 2А→

А К₂ C К₂ C

Прикладом такої реакції може служити розкладання при нагріванні бертолетової солі ( КСІО₃), яке може йти в двох направленнях:

2 КСІО₃ ^К1 2КСІ + 3О₂ і 4 КСІО₃ ^К2 3КСІО₄ + КCІ

На відміну від кінетичних рівнянь простих реакцій кінетичне рівняння паралельних реакцій включає кілька констант швидкостей.

До зворотної реакції відносяться такі, які йдуть як в прямому, так і в зворотному напрямках.

В загальному вигляді це рівняння записують так:

_К1

А B

^К2

Швидкість такої реакції дорівнює різниці швидкостей прямої ύ₁ , і зворотної ύ₂ реакцій ύ = ύ₁ – ύ₂. наприклад, сахароза, взаємодіючи за певних умов з водою, дає глюкозу і фруктозу. Водночас глюкоза і фруктоза, відщеплюючи воду, перетворюється в сахарозу:

Н₂О + С₁₂Н₂₂О₁₁ С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

сахароза глюкоза фруктоза

Швидкість прямої реакції з часом зменшується, швидкість зворотної реакції збільшується. При досягненні рівності цих швидкостей (ύ₁ – ύ₂ ) настає стан рівноваги.

Послідовні реакції проходять в декілька, що йдуть одна за одною реакцій - проміжних стадій:

А ^К1 В ^К2 С ^К3 Д...

Кожна з цих стадій являє собою моно- або бімолекулярну реакцію, в результаті якої утворюються проміжні речовини. До послідовних реакцій відносяться, наприклад, гідроліз ефірів і полісахаридів, термічний крекінг вуглеводів.

Швидкість послідовних реакцій визначається найбільш повільною стадією.

Спряженими реакціями називають реакції виду:

А + В М

А + С N

Характерною особливістю спряжених реакцій є те, що якщо перша реакція може йти самостійно, то друга йде тільки сумісно з першою.

Без першої реакції не йде й друга. Так, наприклад, йодоводнева кислота не окислюється таким сильним окисником, як пероксид водню.

Але разом з сульфатом заліза (ІІ), який легко окислюється пероксидом водню, буде окислюватися й йодоводнева кислота. Таким чином, реакція окислення FeSO₄ індукцією витіснення йодоводневої кислоти. Загальною речовиною А для обох розглянутих реакцій є пероксид водню (актор), сульфат заліза (речовина В) служить індуктором.