Procesy chemiczne
Wstęp
Zdecydowana większość reakcji, z którymi na co dzień mamy do czynienia, to nie reakcje elementarne a procesy chemiczne. Niezmiernie rzadko się zdarza, że rzeczywista przemiana zachodzi w sposób tak prosty, jak to zapisujemy równaniem chemicznym. Dla reakcji organicznych, z niewielką tylko przesadą możemy powiedzieć, że nigdy w praktyce nie przebiegają dokładnie tak, jak to zapisujemy. Jeżeli zapis reakcji mówi, że substancje A i B przechodzą w substancję Z to najczęściej towarzyszą temu równoległe reakcje, gdzie A i B tworzą substancje P i Q ... a sama przemiana A + B —> Z przebiega przez produkty pośrednie R i S..., a dodatkowo niektóre z tych reakcji mogą być reakcjami odwracalnymi. Dlatego należy pamiętać, że jeżeli "podano nam do wierzenia", że A + B = C to najczęściej należy to rozumieć jako: " jeżeli A reaguje z B to w przeważającej części wynikiem reakcji będzie C". Tak więc najczęściej związek C powstaje w ilości mniejszej niż wynika to ze stechiometrii i opisując otrzymanie jakiegoś związku chemicznego powinniśmy podać jego wydajność, czyli stosunek ilości otrzymanej pożądanego związku C do ilości teoretycznej (stechiometrycznej).
Reakcje równoległe i następcze
Jeżeli na fenol podziałamy mieszanina nitrująca, to otrzymamy nitrofenol. To skądinąd prawdziwe stwierdzenie jest dużym uproszczeniem rzeczywistości. To co się dzieje w mieszaninie reakcyjnej opisuje - i to też tylko w zgrubnym zarysie - poniższy schemat. Mieszanina nitrująca, to mieszanina stężonego kwasu azotowego i siarkowego. Obecność kwasu siarkowego ułatwia powstawanie jonu nitroniowego NO2+, czynnika bezpośrednio nitrującego pierścień fenolu. Sam fenol występuje w co najmniej trzech odmianach mezomerycznych (górny wiersz schematu), co w konsekwencji prowadzi do otrzymania głównie dwóch izomerów: o-nitrofenolu i p-nitrofenolu, oraz niewielkich ilości innych produktów, ogólnie przyjmowanych jako zanieczyszczenia produktów reakcji.
Jeżeli znamy mechanizm poszczególnych reakcji w danym procesie chemicznym (np. nitrowanie fenolu), to możemy tak zmieniać parametry reakcji (stężenia, środowisko, temperaturę, katalizatory itp.) by wydajność pożądanego produktu była jak największa.
Na podobnym przykładzie nitrowania, tym razem benzenu, możemy pokazać jeszcze bardziej skomplikowana sytuację, gdzie niekontrolowany proces działania mieszaniny nitrującej może prowadzić do otrzymania jako produktów mieszaniny wielu pochodnych nitrowych. Tutaj proces składa się z reakcji następczych i równoległych i jeśli ktoś przez porównanie kinetyki powstawania produktu ostatecznego z kinetyką ubywania substratu zechciałby określić mechanizm miałby duże kłopoty. (Trochę przesadziliśmy z tym komplikowaniem rzeczywistości, reakcje biegnące na schemacie "górną ścieżka" mają nikłą wydajność, ale chodzi nam o pokazanie, że nawet pozornie proste reakcje nie są wcale tak proste. Z drugiej strony nie zakłamując rzeczywistości można jeszcze bardziej ten proces zagmatwać!).
| |
 |
|