Ланцюгові реакції

Процеси, в яких перетворення вихідних речовин у продукти реакції відбувається шляхом чергування деяких реакцій за участю вільних радикалів, називаються ланцюговими реакціями. У кожному елементарному акті ланцюгового процесу бере участь радикал, що взаємодіє з молекулою, утворюючи нові радикали.

Вільний радикал – це нестійка частинка з неспареними електронами на зовнішніх атомних або молекулярних орбіталях, утворена з молекули шляхом розриву одного, або декількох зв’язків.

До утворення вільних радикалів призводить:

1) дія світла:

Cl₂ + hν → 2Cl^•

CH₃(CO)OCH₃ + hν → CH₃ CO^• + ^•OCH₃

2) дія α-, β-, γ- та рентгенівського випромінювання;

3) дія ультразвуку;

4) дія електричного розряду;

5) термічний розпад:

CH₃–N=N–CH₃ → 2CH₃^• + N₂

( CH₃)₃COOH → ( CH₃)₃CO^• + ^•OH

6) хімічні реакції з утворенням радикалів:

Fe²⁺ + H₂O₂ = Fe³⁺ + OH‾ +HO^•

Вільні радикали живуть дуже короткий час ( наприклад для ^•CH₃ , =0,01 с). Їх рекомбінація відбувається з виділенням дуже великої кількості енергії, яку поглинає третя частинка або стінка посудини, у якій відбувається реакція. Найбільш ймовірним процесом є зіткнення радикалів з молекулами реагуючих речовин і наступним їх перетворенням.

З утворенням вільних радикалів пов’язана біологічна дія різноманітних випромінювань. Молекули води, яка входить до складу будь-якого живого організму, під дією випромінювання дають вільні радикали:

H₂O + hν = H₂O⁺ + e

H₂O⁺ + H₂O = H₃O⁺ + HO^•

H₂O + e = H^• + OH‾

Ці радикали, в свою чергу, реагують з ферментами та білками, змінюють їх структуру, що порушує різноманітні функції в організмі, спричиняює виникнення пухлин, у тому числі і злоякісних.

В ланцюгових реакціях виділяють три стадії. Розглянемо їх на прикладі реакції отримання броміду водню:

H₂ + Br₂ = 2HBr

1) зародження ланцюга: Br₂ + hν = 2Br^•

2) продовження ланцюга: Br^• + H₂ = HBr + H^•

H^• + Br₂ = HBr + Br^•

3) обривання ланцюга: H^• + H^• + M = H₂ + M

Br^• + Br^• + M = Br₂ + M

Характерною особливістю ланцюгових реакцій є залежність їх швидкості від форми посудини (чим менша площа поверхні посудини, тим менше сторонніх частинок і менша ймовірність обриву ланцюга) та від наявності домішок.

Домішки можуть, як поглинати вільні радикали, так і сприяти їх утворенню (див наведену вище реакцію фотолізу водню у присутності пари Hg ).

Як приклад, можна також привести реакцію утворення хлориду водню:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Особливості даної реакції:

1) в темноті ця реакція не протікає,

2) під дією світла протікає за ланцюговим механізмом з вибухом,

3) в присутності пари натрію протікає з досить великою швидкістю:

Cl₂ + Na = NaCl + Cl^•

Cl^• + H₂ = HCl + H^•

H^• + Cl₂ =HCl + Cl^• …

Деякі домішки значно зменшують швидкість протікання ланцюгових реакцій, поглинаючи вільні радикали. Прикладом речовин, що поглинають вільні радикали та перешкоджають ланцюговим реакціям окиснення в живих організмах є вітаміни C та E (так звані антиоксиданти). Антиоксидантну дію мають також водні екстракти з вижимок ягід червоних сортів винограду, тощо.

10