4. Кинетика биологических процессов Кинетическая классификация химических реакций. Типы реакций.
Согласно кинетической классификации, реакции делят на простые и сложные. В простой реакции реагенты непосредственно превращаются в конечные продукты без образования промежуточных, в реакционной системе отсутствуют катализаторы и ингибиторы, а химический процесс состоит из однотипных элементарных актов. Сложная (многостадийная) реакция состоит из элементарных стадий, связанных друг с другом через реагенты или продукты. Суммарные признаки кинетически простой и сложной реакций приведены в табл. 2.1.1.
Кинетические признаки, лежащие в основе различий простой и сложной реакций
Простая реакция |
Сложная реакция |
Число реагирующих веществ невелико, а количественный состав продуктов реакции сравнительно прост. Количественные соотношения продуктов не зависят от условий протекания реакции (времени, температуры, состава реагирующей исходной смеси, давления) |
Число реагирующих веществ значительно. Состав продуктов реакции определяется временем, температурой, исходным составом реагентов и давлением реакционной смеси |
Скорость реакции монотонно увеличивается с ростом температуры; энергия активации всегда положительна и иногда может зависеть от температуры эксперимента |
Скорость реакции с ростом температуры может увеличиваться, уменьшаться или проходить через экстремум и зависит от материала и размеров реакционного сосуда. Энергия активации, определенная в широком интервале температур, может быть положительной, отрицательной или близкой к нулю |
Скорость реакции монотонно меняется при изменении условий проведения реакции и не зависит от материала и размеров реакционного сосуда |
При варьировании условий проведения реакции возможно скачкообразное изменение скорости реакции на несколько порядков, обусловленное критическими явлениями катализа или ингибирования химической реакции |
Другой тип кинетической классификации химических реакций основан на делении простых реакций по числу частиц, участвующих в превращениях: мономолекулярная реакция — реакция, в элементарном акте которой превращается одна частица (молекула, радикал, ион); бимолекулярная реакция — реакция, в которой претерпевают превращения две частицы (молекула, радикал, ион); тримолекулярная реакция — реакция, протекающая с участием трех частиц при их одновременном столкновении.
Основные типы простых мономолекулярных и бимолекулярных реакций приведены в табл. 2.1.2.
Таблица 2.1.2
Типы простых мономолекулярных и бимолекулярных реакций
Простые мономолекулярные реакции |
Простые бимолекулярные реакции |
Реакция изомеризации — превращение одного реагента (частицы) в один продукт:
Диссоциация — распад молекулы, связанный с разрывом одной связи:
|
Реакция присоединения — взаимодействие двух реагентов друг с другом, из которых, по крайней мере, один является молекулой:
Реакции электрофильного и нуклеофильного замещения— реакции замены активной группы в молекуле на другую группу:
|
Реакция распада — превращение одной молекулы (частицы) в две или несколько частиц (молекула, радикал, ион):
Реакция элиминирования — распад многоатомной молекулы на несколько молекул:
|
Реакция отрыва — взаимодействие молекулы с атомом, радикалом или ионом, приводящее к образованию молекулярного продукта и новой активной частицы:
Реакция рекомбинации — взаимодействие двух атомов, радикалов, ионов, приводящее к образованию молекулярного продукта:
Реакция диспропорционирования — перераспределение атомов или их группировок между двумя одинаковыми молекулами, радикалами в результате их взаимодействия:
|
Тримолекулярные реакции характерны для каталитических и ингибированных процессов, а также процессов, протекающих с выделением значительного количества энергии, когда стабилизация образовавшейся в ходе бимолекулярной химической реакции молекулы достигается путем передачи энергии третьей частице.