Kimyoda radikal almashtirish - bu erkin radikallar moddaning molekulasiga hujum qilib, uning alohida atomlarini almashtiradigan reaktsiya. O'rnini bosish reaktsiyasi yangi radikallarni hosil qiladi. Zanjir reaktsiyasi barcha erkin radikallar yo'qolguncha davom etadi.
Radikal ta'rifi
Radikal - bu tashqi elektron qatlamida bir yoki bir nechta juftlashtirilmagan elektronga ega bo'lgan atom yoki molekula. Ya'ni, juft bo'lmagan elektronlar. Radikal molekula bitta elektron olganida yoki aksincha, bitta elektronni yo'qotganda paydo bo'lishi mumkin. Ko'pgina erkin radikallar beqaror, chunki ularning tashqi elektron qatlami to'liq bo'lmagan. Shuning uchun radikallar ba'zi moddalar bilan oson reaksiyaga kirishib, yangi moddalar va erkin radikallarni hosil qiladi.
Radikallar nima?
Radikallarni tasniflashning asosiy guruhlari:
- barqarorlik: barqaror va beqaror;
- zaryadlangan: zaryadsiz, manfiy va musbat zaryadlangan;
- ulanish darajasi: bepul va murakkab.
Barqaror radikallar
Odatda radikallar biroz “yashaydi” va imkon qadar tezroq munosabat bildirishga shoshilishadi. Bunday radikallar soniyalar yoki soniyalarning fraktsiyalari uchun mavjud bo'lib, ular beqaror deb ataladi. Ammo barqaror bo'lganlar bor, ularning mavjudligi bir necha yilga etishi mumkin. Noorganik kimyoda O3, NO, ClO2, NO2 va boshqalar barqaror hisoblanadi. Organik bo'limda barqarorroq radikallar mavjud. Ular bir nechta guruhlarga bo'lingan:
- uglevodorodlar;
- gidrazil;
- nitroksit;
- aminil;
- aroksi;
- verdazil.
Radikal almashtirish reaksiyasi mexanizmi
Reaksiya mexanizmida uch bosqich mavjud:
- Boshlash. Tashqi omillar (isitish, nurlanish, kimyoviy va elektr katalizatorlar) ta’sirida modda molekulasidagi bog‘lanish buzilib, erkin radikallar hosil bo‘ladi.
- Zanjirning rivojlanishi yoki uning o'sishi. Erkin elementlar molekulalar bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada yangi moddalar va radikallar hosil bo'ladi.
- Ochiq zanjir. Uchinchi bosqichda radikallar bir-biri bilan birlashadi. Ularning rekombinatsiyasi (turli zarrachalarga tegishli bo'lgan juftlashtirilmagan elektronlarning birikmasi) sodir bo'ladi, buning natijasida yangi mustaqil molekulalar paydo bo'ladi. Erkin radikallar qolmagan va reaksiya zanjiri tugallangan deb hisoblanadi.
Odat almashtirish reaktsiyalari
Odatda radikal almashinish reaksiyasi alkanlarni galogenlash misolida ko`rsatilgan. Eng oddiy alkanmetan CH4, eng keng tarqalgan halogen esa xlordir.
Alkanlar
Alkanlar toʻyingan uglevodorodlar boʻlib, tarkibida faqat oddiy bogʻlar mavjud. Alkanlarning umumiy formulasi CnH2n+2. To'yingan uglevodorodlar - vodorod atomlarining maksimal miqdorini o'z ichiga olgan uglevodorodlar. Ilgari alkanlar bu moddalar kislotalar, ishqorlar va boshqalar bilan reaksiyaga kirishmaganligi uchun parafinlar deb atalardi. Aslida kuchli reagentlar bilan oʻzaro taʼsirga chidamlilik C-C va C-H bogʻlarining mustahkamligi bilan bogʻliq. Alkanlarning toʻyinganligi ham ularning qoʻshilish reaksiyalarida qatnashmasligini koʻrsatadi. Ular parchalanish, almashtirish va boshqa reaksiyalar bilan tavsiflanadi.
Galogenlar
Radikal almashtirish reaktsiyasini o'tkazish uchun siz galogenlarni aniqlashingiz kerak. Galogenlar davriy sistemaning 17-guruh elementlari. Galogenlar: Cl (xlor), I (yod), F (ftor), Br (brom) va At (astatin). Barcha galogenlar metall bo'lmagan va kuchli oksidlovchi moddalardir. Ftor eng yuqori oksidlovchi faollikka ega, astatin esa eng past. Alkanlarni galogenlash jarayonida moddadagi bir yoki bir nechta vodorod atomlari galogen bilan almashtiriladi.
Metan galogenlash misolida almashtirish mexanizmi
Metan eng oddiy alkan hisoblanadi, shuning uchun uning galogenlanish reaksiyalarini eslab qolish oson va shu asosda boshqa alkanlarni radikal almashtirish amalga oshiriladi. Xlor odatda halogen sifatida olinadi. U o'rtacha sezgirlikka ega. Alkanlarning yod bilan reaksiyasi ketmaydi, chunki u zaif halogendir. Ftor bilan o'zaro ta'sir portlash bilan sodir bo'ladi, chunki ftor atomlari juda ko'pfaol. Alkanlarni xlor bilan almashtirish reaksiyasida portlash ham sodir bo'lishi mumkin.
Zanjirning kelib chiqishi. Quyosh, ultrabinafsha nurlanish yoki isitish ta'sirida xlor Cl2 molekulasi ikkita erkin radikalga parchalanadi. Har birining tashqi qatlamida bitta juftlashtirilmagan elektron mavjud.
Cl2 → 2Cl
Zanjirning rivojlanishi yoki o'sishi. Erkin radikallar metan molekulalari bilan o'zaro ta'sirlashib, yangilarini hosil qiladi va o'zgarishlar zanjirini davom ettiradi.
CH4 + Cl → CH3 + HCl
CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl
Reaksiya barcha erkin radikallar yoʻqolguncha davom etadi.
Zanjirning uzilishi alkanlarni tubdan almashtirishning yakuniy bosqichidir. Radikallar bir-biri bilan birikib, yangi molekulalar hosil qiladi.
CH3 + Cl → CH3Cl
CH3+ ·CH3 → CH3 – CH3
Metan bilan xlorlash
Quyosh nuri ta'sirida xlor radikallari metan tarkibidagi barcha vodorod atomlarini almashtiradi. Vodorodni to'liq almashtirish uchun aralashmadagi xlorning nisbati etarli bo'lishi kerak. Shunday qilib, metandan to'rtta hosila olish mumkin:
CH3Cl – xlorometan.
CH2Cl2 – diklorometan.
CHCl3 – triklorometan (xloroform).
CCl4 – uglerod tetraklorid.
Boshqa alkanlarning galogenlanishi
Propandan boshlab (C3H8), alkanlar uchinchi va ikkilamchi uglerod atomlariga ega. Tarmoqlangan alkanlarning galogenlanishiturli natijalar berishi mumkin. Radikal almashinish reaksiyasi natijasida alkanlarning izomerlari hosil bo'ladi. Har bir hosil bo'lgan moddaning massasi haroratga qarab katta farq qilishi mumkin.
Termik galogenlash jarayonida hosil boʻlgan mahsulot tarkibi murakkab alkanlarda birlamchi, ikkilamchi va uchinchi darajali boʻlgan uglerod atomlarining C–H-bogʻlari soniga nisbati asosida aniqlanadi. Fotokimyoviy galogenlanish natijasida hosil bo'lgan mahsulotlarning tarkibi galogen atomlarining vodorod atomlarini almashtirish tezligiga bog'liq bo'ladi. Galogenlar uchun uchinchi darajali vodorod atomi o'rnini egallash eng oson. Ikkilamchi va asosiyni almashtirish qiyinroq.
Propan xlorlash
Propanni katalizator bilan haroratni 450 ⁰S gacha oshirish shaklida xlorlanganda 2-xlorpropan 25% va 1-xlorpropan 75% miqdorida hosil boʻladi.
2CH3CH2CH3 + 2Cl2 → CH3CH(Cl)CH3 + CH3CH 2CH2Cl + 2HCl
Agar alkanni radikal almashtirish quyosh nuri yordamida amalga oshirilsa, 57% 2-xlorpropan va 43% 1-xlorpropan chiqadi.
Olingan moddalar massasining birinchi va ikkinchi reaksiyalar orasidagi farqi ikkinchi holatda ikkinchi darajali atomning H atomiga toʻgʻri keladigan almashinish tezligi ikkinchi darajali atomga nisbatan 4 marta yuqori boʻlishi bilan izohlanadi. propan molekulasida birlamchi C-H aloqalari ko'proq bo'lsa-da, birlamchi.
Oksidlanish reaksiyalari
Erkin radikallar yana alkanlarning oksidlanish reaksiyalarida ishtirok etadi. Bunda radikal O2alkan molekulasiga birikadi va to'liq yoki to'liq bo'lmagan oksidlanish reaktsiyasi sodir bo'ladi. To'liq oksidlanish yonish deb ataladi:
SN4 + 2O2 → CO2 + 2N 2O
Alkanlarning radikal almashtirish mexanizmi boʻyicha yonish reaksiyasi sanoatda issiqlik elektr stansiyalari, ichki yonuv dvigatellari uchun yoqilgʻi sifatida keng qoʻllaniladi. Bunday mashina dvigatellariga faqat shoxlangan alkanlarni joylashtirish mumkin. Oddiy chiziqli alkanlar ICEda portlaydi. Radikal almashtirish natijasida hosil bo'lgan uchuvchan bo'lmagan qoldiq moylash materiallari, asf alt, kerosin va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Qisman oksidlanish
Sanoatda metanning qisman oksidlanishida hosil boʻladigan aralashmalar sintetik alkanlarni olish uchun ishlatiladi. Metandan havo bilan toʻliq oksidlanmagan holda metil spirti (CH3OH), formaldegid (HCHO), formik kislota (HCOOH) olinishi mumkin. Sanoatda butan oksidlanganda esa sirka kislota hosil bo'ladi:
2S4N10 + 5O2 → 4SN3 COOH + 2H2O
Alkanlarning qisman oksidlanishi uchun katalizatorlar (Co2+, Mn2+ va boshqalar) nisbatan qoʻllaniladi. past havo harorati.
