Алкандардың бос-радикалды орынбасу реакциясы механизмі. Галогендеу. Химия, 10 сынып, қосымша материал.

Метанның хлорлануы және радикалды тізбекті механизмі

Алкандар (дененің барлық органикалық түрлерінен ең негізгісі) реакцияға өте аз түседі. Осы реакциялардың біреуі галогендеу болып табылады. Бұл реакция органикалық химияда өте маңызды, себебі ол химиялық реакциялардың әрі қарай жүруіне жол ашады.

Алкандармен мүмкін болатын реакциялар аз болғанымен, галоалкандардың қатысуымен көптеген реакциялар бар. Механизмді жақсырақ түсіну үшін (реакция жүріп жатқан қадамдық процесті егжей-тегжейлі қарастыру) метанның хлорлануын мұқият қарастырамыз. Метан (CH₄) және хлор (Cl₂) бөлме температурасында жарық болмаған кезде араласқан кезде ештеңе болмайды. Алайда, жағдай өзгерсе, реакция жоғары температура кезінде (Δ арқылы белгіленеді) немесе ультра күлгін сәулелену кезінде, өнім түзіледі, хлорметан (CH₃Cl).

Энергетика

Неге бұл реакция орын алады? Реакция қолайлы ма? Бұл сұрақтарға жауап беру үшін - реакция орын алған жағдайдағы энтальпияның (ΔH) өзгеруін қарау керек.

   ΔH = (реакцияға енгізілген энергия) - (реакциядан шыққан энергия)

Егер реакцияға көп энергия берілсе, онда ΔH оң, реакция эндотермиялық және энергетикалық жағынан тиімді емес. Егер реакцияда көп энергия шығарылса, онда ΔH теріс болып табылады, реакция экзотермиялық деп саналады және қолайлы деп саналады. Төменде келтірілген суретте эндотермиялық және экзотермиялық реакциялар арасындағы айырмашылық көрсетілген.

ΔH сондай-ақ байланыс диссоциациясының энергиясы (ΔH °) арқылы есептелуі мүмкін:

ΔH=∑ΔH∘ байланыс бұзылуы−∑ΔH∘ байланыс түзілуі

ΔH=∑ΔH° байланыс бұзылуы−∑ΔH° байланыс түзілуі

Этотермиялық немесе экзотермиялық болып табылатынын анықтау үшін метанды хлорлаудың нақты мысалын қарастырайық:

Радикалды тізбек механизмі

Реакция радикалды тізбек механизмі арқылы өтеді. Радикалдық тізбек механизмі үш сатыдан тұрады: басталу, даму және үзілу. Басталу энергияны енгізуді талап етеді, бірақ содан кейін реакция өздігінен жүреді. Алғашқы даму кезеңі өнімнің біреуін басталу кезеңінен қолданады және екінші үзілу кезеңі тағы жүреді, осылайша цикл белгісіз уақытқа дейін жалғасады.

1-қадам: Басталу сатысы

Басталу кезеңінде хлор молекуласы (Cl2) арасындағы байланысбұзылады. Бұл қадамды жасау үшін энергияны енгізу керек, бұл қадам энергетикалық жағынан қолайлы емес. Осы қадамнан кейін реакция көп энергияны енгізбестен үздіксіз (реагенттер қамтамасыз етілгенше) болуы мүмкін. Механизмнің бұл бөлігі жарық немесе жылу энергиясыз жүзеге аспайды.

2-қадам: Даму сатысы

Механизмнің келесі екі қадамы даму сатыларынан тұрады. Бірінші даму сатысында хлор радикалы метандағы сутегімен біріктіріледі. Бұл тұз қышқылын (HCl, осы реакцияның бейорганикалық өнімі) және метил радикалын береді. Екінші даму сатысында хлордың бастапқы материалынан (Cl₂) көп пайдаланылады, хлор атомдарының бірі радикал ретінде түзіліп, ал екіншісі метил радикалымен біріктіріледі.

Бірінші даму сатысы эндотермиялық болып табылады, оған 2 ккал / моль жылу қажет және энергетикалық жағынан қолайлы емес. Керісінше, екінші даму сатысы экзотермиялық болып табылады, ол 27 ккал / моль жылу шығарады. Екінші даму кезеңі экзотермиялық болғандықтан, ол өте жылдам өтеді. Екінші даму қадамы бірінші сатыдан бастап (метил радикалынан) және бірінші сатыдағы өнім алынып тасталған кезде Ле-Щателье принципі бойынша өнімді қолданады. Тепе-теңдік оның өнімдеріне қарай ауысады. Бұл қағида алғашқы даму сатысының қолайсыздығын реттеуге бағытталған.

3 қадам- Үзілу сатысы

Үзілу сатысында барлық қалған радикалдар этанның (CH₃CH₃) жанама өнімін түзу үшін (CH₃Cl), көп реагенттерді (Cl₂) және тіпті екі метил радикалының комбинацияларын құруға мүмкіндік береді.

Метанның хлорлау проблемалары

Метанның хлорлауы бір хлорлаудан кейін міндетті түрде тоқтатылмайды. Мүмкін, моноорынбасылған хлорметанды алу өте қиын болғанымен, оның орнына ди, үш және тіпті тетрахлорметандар пайда болады. Бұл проблеманы болдырмаудың бір жолы - хлоридке қарағанда метанның әлдеқайда жоғары концентрациясын пайдалану. Бұл хлор радикалының хлорметанға түсіп кету мүмкіндігін азайтады және механизмді дихлорметан түзу үшін қайтадан бастайды. Өнімнің коэффициентін бақылаудың осы әдісі арқылы өнімнің салыстырмалы мөлшерін бақылауға мүмкіндігі бар.