反应历程
化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径
反应历程是指化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径。通过了解反应历程,可以找到相应的主反应和副反应,从而找出决定反应速率的关键,达到生产中多快好省的目的。
任务和目的
将化学反应应用于生产实践主要有两个方面的问题:一是要了解反应进行的方向和最大限度以及外界条件对平衡的影响;二是要知道反应进行的速率和反应的历程(机理)。人们把前者归为化学热力学的研究范围,把后者归为化学动力学(chemical kinetics)的研究范围。
化学动力学的基本任务之一是了解反应的速率,了解各因素(如分子结构、温度、压力、浓度、介质、催化剂等)对反应速率的影响,从而给人们提供选择反应条件、掌握控制反应进行的主动权,使化学反应按我们所希望的速率进行。
化学动力学的另一个基本任务是研究反应历程(mechanism)。反应历程试图描述化学反应每个过程中的所发生的情况。然而事实上,反应的具体过程是不易观察到的。由于在热力学上可行,且定量和定性结果均为中间体的存在提供支持,从而采用这种推测的反应历程具有合理性。知道了这些历程,可以找出决定反应速率的关键所在,使主反应按照我们所需要的方向进行,从而指导生产。
定义
反应历程是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应,就是反应物究竟按什么途径,经过哪些步骤得到最终产物。虽然整个化学变化所发生的物质转变可能很明显,但为了探明这一过程的反应机理,常常需要实验来验证。
举例
三羧酸循环
三羧酸循环是一个宏观的反应过程,每一个循环中有包含了复杂的微观反应历程。
柠檬酸循环(citricacidcycle):也称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA循环,TCA),Krebs循环。是用于将乙酰CoA中的乙酰基氧化成二氧化碳和还原当量的酶促反应的循环系统,该循环的第一步是由乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸。反应物乙酰辅酶A(Acetyl-CoA)(一分子辅酶A和一个乙酰相连)是糖类、脂类、氨基酸代谢的共同的中间产物,进入循环后会被分解最终生成产物二氧化碳并产生H,H将传递给辅酶--尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),使之成为NADH + H+和FADH2。 NADH + H+ 和 FADH2 携带H进入呼吸链,呼吸链将电子传递给O2产生水,同时偶联氧化磷酸化产生ATP,提供能量。
乙烷热分解
乙烷的热分解反应在823~923K之间,反应方程式可以写作:
C2H6(g)→C2H4(g)+H2(g)
根据质谱仪和其他实验手段证明,在乙烷的分解过程中有自由基CH3·和C2H5·生成,有人认为该反应是按下列的链式反应机理进行的:
(1)C2H6→2CH3·
(2)CH3·+C2H6→CH4+C2H5·
(3)C2H5·→C2H4+H·
(4)H·+C2H6→H2+C2H5·
(5)H·+C2H5·→C2H6
研究意义
研究反应历程对构建精确的反应模型十分重要。此外,了解反应历程可以帮助我们了解物质结构的知识,因为化学变化从根本上来说,就是旧键的破裂和新键的生成。反应的历程能够反映出物质结构和反应能力之间的关系,从而可以加深我们对于物质运动形态的认识。当然,用已知的物质结构的知识也可以推测一些反应的历程,然而遗憾的是迄今为止,真正弄清楚反应历程的反应为数还不多,这方面的工作远远落后于实际。但是随着各种新型谱仪的出现和用激光、交叉分子束等实验手段对微观反应动力学的研究越来越深入,人们对反应机理的研究已经达到一个新的高度。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 13:00
目录
概述
任务和目的
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