Главная >> Химия 10 класс. Базовый уровень. Кузнецова

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

Теоретические основы протекания реакций органических соединений

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

Из курса 9 класса вы уже знаете, что количество выделенного или поглощённого в ходе реакции тепла называется тепловым эффектом химической реакции (рис. 17).

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. 18) и прокомментируйте её 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 реакции органических веществ являются каталитическими, т. е. протекают в присутствии катализаторов.

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

Катализаторами называются вещества, которые изменяют скорость реакции, участвуют в ней как реагенты, образуя промежуточные активные комплексы (ПАК), но не входят в состав конечных продуктов реакции.

Вещества, снижающие скорость реакции, называют ингибиторами.

В реакциях органических веществ имеют место следующие виды катализа.

1. Гомогенный катализ осуществляется преимущественно в газовой и жидкой среде, где катализатор и реагенты находятся в одной фазе. Функции катализаторов здесь чаще всего выполняют кислоты и основания. Примером гомогенного катализа может служить каталитическое окисление этилена до уксусного альдегида, промышленное получение уксусной кислоты из углеводородов нефти и др.

2. Гетерогенный катализ протекает при реакциях на поверхности раздела фаз, где катализатор находится в другой фазе (как правило, твёрдой) по сравнению с реагентами, например гидрирование ацетилена в присутствии Ni или Pt.

3. Ферментативный катализ имеет место в биохимических процессах, протекающих в живых организмах; катализаторами здесь являются ферменты.

Ферменты — это сложные вещества белкового происхождения, обладающие узко специфическим каталитическим действием. Каждая из биохимических каталитических реакций имеет свой определённый фермент. Природой фермента будут определяться конкретные виды связей реагента в реакции. Примерами таких реакций, протекающих в нашем организме, могут служить ферментативные гидъролизы углеводов, жиров, белков.

Следует иметь в виду, что катализаторы чувствительны к ядам. Например, металлические катализаторы гидрирования отравляются соединениями серы, мышьяка, ртути и др.

Яды катализатора — вещества, «отравляющие» катализатор активнее, чем молекулы реагента, и выводящие катализатор из сферы применения. Как правило, катализатор — весьма дорогой компонент производства. Поэтому в промышленности уделяют большое внимание очистке реагентов от каталитических ядов.

Часто в каталитических реакциях используются специальные вещества — промоторы.

Промоторы — добавки, увеличивающие активность катализатора.

В разработку теории катализа и практику подбора и применения катализаторов большой вклад внёс отечественный учёный Г.К. Боресков, основатель Института катализа РАН.

Основные понятия

Реакции органических соединений как химические системы • Гомогенные и гетерогенные системы • Реакционная способность • Энергия активации • Тепловой эффект реакции • Катализаторы • Ингибиторы • Виды катализа • Ферментативный катализ

Вопросы и задания

1. Что такое химическая реакция, какие признаки и условия её протекания вы знаете?

2. Что такое тепловой эффект реакции? Приведите примеры термохимического уравнения экзотермической и эндотермической органических реакций.

3. Сколько граммов эфира можно получить при нагревании 30 г уксусной кислоты и 40 г этилового спирта (в присутствии катализатора), если выход эфира составляет 70% от теоретического?

4. Каковы различия и взаимосвязи между понятиями «химические свойства» и «реакционная способность» соединений? Прокомментируйте это на конкретных примерах органических веществ.

5. Приведите примеры гомогенных и гетерогенных каталитических органических реакций, раскройте роль механизмов действия в них катализаторов.

6. Используя Интернет, подготовьте сообщение об истории разработки теории катализа.

<<< К началу параграфа