Radikálové reakce

Jaký typ reakce bude probíhat, pokud máme methan a dvouatomovou molekulu chloru. Pokud to takto necháme a nezahřejeme a ani nepoužijeme UV záření, vlastně se nic nestane. Obě tyto molekuly jsou šťastné tak, jak jsou nyní. Ale pokud bychom zvýšili teplotu, částice by začaly více vibrovat a narážet do sebe. Nebo pokud bychom přidali energii ve formě UV záření, vazby mezi atomy chloru by se rozštěpily. Zde jsou vazby mezi atomy chloru nejslabší. Jsou tedy nejvíce náchylné ke štěpení. Kdybychom nějak zvýšili teplotu, co by se stalo? Podívejme se. Nakreslím valenční elektrony na obou atomech chloru. Tento chlor má 7 valenčních elektronů a tento chlor má 7 valenčních elektronů. Pokud reakci zahřejeme tak, že se nám podaří rozštěpit vazbu mezi chlory, co se stane? Zatím jsme nenakreslili šipku. Stane se to, že se vazby mezi atomy chloru rozpadnou. Každý z těchto atomů si s sebou vezme svou část vazby. Chlor vlevo si vezme svůj elektron. Znázorňuji to poloviční šipkou. Vypadá, jako háček na ryby. Jen polovina hrotu šipky. Tento elektron půjde zpět k chloru a druhý purpurový elektron půjde zpátky k chloru napravo. Kdyby to bylo na mě, nakreslím to spíše takto. Spíše takto, abych ukázal, že elektron prostě jde zpátky ke chloru, ale obvykle se ukazuje, že polovina vazby jde zpátky do celého atomu. A jak to potom bude vypadat? Pořád zde máme methan. Ten zatím nereagoval. Máme pořád náš methan. Nakreslím to tu. Pořád máme náš methan. Když jsme dodali reakci energii, přerušili jsme vazbu, molekula chloru se rozštěpila na 2 atomy chloru. Máme 1 nalevo a 1 napravo. Nakreslím valenční elektrony levého, má jich 7. Jen jsem to přehodil, samotný elektron je tady na levé straně. A chlor napravo. Ten má 7 valenčních elektronů. Pokud má každý z těchto chlorů nespárovaný elektron, jsou velmi, velmi reaktivní. Molekula, která má nespárovaný elektron, je reaktivní a nazýváme jí volný radikál. Takže oba chlory jsou nyní volnými radikály. Vlastně, tématem tohoto videa jsou reakce s volnými radikály. Oba chlory jsou volné radikály. Asi jste tento název slyšeli již dříve, v souvislosti s výživou, ze které nechcete, aby se uvolňovaly. A toto je stejná myšlenka. Nemusí to být zrovna chlor, o kterém se mluví, ale molekuly s nespárovanými elektrony. Mohou reagovat s vašimi buňkami, dokonce i s DNA a způsobit mutace vedoucí až k rakovině. Proto není dobré mít v těle volné radikály. Ale jakmile se vytvoří radikály, když dodáme energii k rozštěpení vazby, říká se tomu iniciační fáze. Řeknu to takto. Zde jsme použili energii. To proběhlo endotermicky, tedy energie byla dodána. Takže toto je iniciační fáze. Obecně lze o reakcích s volnými radikály říci, že na začátku musíte dodat energii. Ale jak reakce začne, začne tak trochu řetězová reakce. Když jeden radikál reaguje s něčím jiným, vytvoří se jiný radikál, který takto pokračuje, dokud nezreaguje vše. Proto mohou být radikály tak špatné a nebezpečné pro biologický systém. Takže jsou velmi reaktivní. Jak budou reagovat teď? Tento chlor se chce spárovat s něčím jiným. Pokud správně nabourá molekulu methanu a s dostatkem energie se stane, že odtrhne vodík od uhlíku, a nejen proton, ale celý vodík. Vytvoří vazbu s vodíkem za použití elektronů vodíku, takže společně vytvoří vazbu. Vodík poskytne 1 elektron. Opět kreslím poloviční šipku. Vodík nedává elektron ničemu jinému. To by byla plná šipka. Vodík pouze poskytuje svůj elektron polovině vazby. A poté uhlík udělá to samé. Udělám to modře. Takže u uhlíku, valenční elektron poskytne polovinu vazby a vznikne nová vazba a tato zanikne. A uhlík vlevo si vezme zpět svůj elektron. Jak to bude vypadat? Jak to poté celé bude vypadat? Náš methan už déle není methanem. Máme 3 vodíky. Vzal si zpátky elektron a je nyní volným radikálem. Má teď nespárovaný reaktivní elektron. Vodík a chlor tvoří vazbu. Nakreslím chlor, který zde má elektron. A má dalších 6 valenčních elektronů. Vodík s růžovým elektronem náleží vazbě. Teď tvoří vazbu. Tento chlor už není volným radikálem, ale tento stále je. Zkopíruji to a vložím. Kopírovat a vložit. A teď, jeden volný radikál reagoval a vznikl další volný radikál. Proto se tento krok nazývá propagace. Když reaguje jeden volný radikál, vytvoří tím jiný volný radikál. Co volný radikál rád dělá? Možná vás láká říci, že bude reagovat s druhým chlorem, ale zamyslete se. V roztoku jsou těchto molekul kvanta a šance, že tento chlor bude reagovat s ostatními radikály je velmi nízká, hlavně dříve, když je v reakci většina molekul buď methan nebo chlor. Takže pravděpodobně narazí do jiného chloru, než do jednoho ze vzniklých volných radikálů. Takže pokud narazí do jiného chloru správným způsobem... Nakreslím jiný chlor. Tady je další chlor. A má zde 7... Je zde vazba. Pokud do sebe správně narazí, pak tento chlor daruje elektron a s tímto nespárovaným elektronem z volného methylového radikálu, vytvoří vazbu s tímto chlorem. Jak to poté bude vypadat? Vytvoří se vazba s chlorem. Vznikne chlormethan. Nakreslím to. Takže to je uhlík, vodík, vodík, vodík. Teď, vazba s chlorem. Nakreslím elektrony, ať vidíme vše. Máme tu purpurový elektron. A potom chlor se 7 valenčními elektrony. Tvoří vazbu. Toto je chlormethan. A nyní máme další volný radikál, protože tento chlor... Měl jsem to nakreslit tady. ...u chloru byla zrušena vazba, takže získal zpět své elektrony. Je tady a jedná se teď o volný radikál. Toto je další krok propagace. Pořád ještě máme původní volný radikál zde. Pořád se budou tvořit další volné radikály. Jednou nám ale začnou nám docházet molekuly methanu a také bude ubývat chlor. Asi nebudou tolik reagovat a bude přibývat volných radikálů. Jak bude radikálů dostatek, začnou spolu navzájem reagovat. Takže, když bude radikálů dostatek, reakce bude nadále pokračovat, dokud většina volných radikály nezmizí. Ale když máme tyto hlavní volné radikály, můžeme vidět takovéto věci. Tady je volný methylový radikál. Nakreslím to. Možná bude reagovat s jiným volným methylovým radikálem, když oba poskytnou svůj elektron do vazby. Jakmile vznikne vazba, vznikne ethan. Napíši to, jako CH₃-H₃C. Takže máme něco takového. Tomuto kroku, když se radikály v podstatě navzájem vyruší, se říká terminace, protože začíná ubývat koncentrace volných radikálů v roztoku. Probíhá pouze, když je koncentrace volných radikálů dostatečně vysoká. Vyruší se některé chlory. Volný radikál chloru s jiným volným radikálem chloru. Nakreslím nespárovaný elektron. Mohou se spojit a vytvořit znovu molekulu chloru. To je opět terminace. Nebo můžeme mít volný methylový radikál. Napíši jen CH₃. Volný methylový radikál a volný radikál chloru mohou přímo reagovat a vytvořit chlormethan, tedy vytvoří CH₃-Cl. To se vše stane s dostatkem volných radikálů. Další případ, který může během této reakce nastat, protože zde hodně probíhá propagace, je takový, že už máte chlormethan. Máte už chlormethan. Pokud jich je hodně, asi s nimi bude reagovat nějaký volný radikál chloru, takže se tento radikál přidá ke chlormethanu. Nakreslím tady volné elektronové páry. Vznikla by vazba s vodíkem. Oba by poskytly své elektrony. Poté by si uhlík vzal svůj elektron zpět. Všimněte si polovičních šipek. Zůstal by nám vodík a chlor, kde by vznikla vazba. Toto bude nyní volný radikál, ale bude obsahovat chlor. Bude to vypadat takto. Tady jsou volné elektrony, vodík a vodík. A tento volný radikál by byl schopen reagovat s další molekulou chloru. Poskytne elektron. Chlor také poskytne elektron. Tento chlor poskytne svůj elektron nové vazbě, ale tento chlor si elektron vezme zpět a bude volným radikálem. Co z toho vznikne? Vznikne nám dichlormethan. Máme Cl, Cl a vodík a opět vodík. Takto by to mohlo probíhat. Pokud těchto vznikne více, budou asi opět reagovat s chlorem. A tento chlor se stal volným radikálem. Ale hlavní myšlenkou je, že reakce s radikály začne v prvním kroku, kdy je třeba energie k rozštěpení vazby chloru, jak se to stane, jsou velmi reaktivní, začnou reagovat s ostatními částicemi a budou vznikat další volné radikály, začne řetězová reakce. K tomu je třeba dodat energii. V této části propagace je potřeba malé množství energie, ale téměř nulové. Spotřebuje se energie k přerušení vazby, ale vznikne energie k vytvoření nové. Přesto je trochu energie třeba. Poté začne reakce probíhat exotermicky. Hlavně ve fázi terminace, kdy se uvolní mnoho energie. Na začátku je třeba energii dodat, ale poté už se začne sama uvolňovat.