อะไรคือปฏิกิริยาการย่อยสลายในทางเคมี? ตัวอย่างของปฏิกิริยาการย่อยสลาย

ปฏิกิริยาการสลายตัวมีบทบาทสำคัญในชีวิตดาวเคราะห์ เพราะพวกเขามีส่วนช่วยในการทำลายของเสียของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด นอกจากนี้ขั้นตอนนี้ทุกวันช่วยให้ร่างกายมนุษย์ดูดซึมสารประกอบที่ซับซ้อนต่างๆโดยการแยกออกเป็นสารที่ง่าย (catabolism) นอกจากปฏิกิริยาทั้งหมดข้างต้นแล้วปฏิกิริยานี้ยังช่วยในการสร้างสารอินทรีย์และอนินทรีย์ที่เรียบง่ายจากสิ่งที่ซับซ้อน ลองเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการนี้และพิจารณาตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยาการสลายตัวทางเคมีด้วย

สิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยาในทางเคมีชนิดของพวกเขาและสิ่งที่พวกเขาขึ้นอยู่กับ

ก่อนที่จะศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับการย่อยสลายนั้นเป็นสิ่งที่คุ้มค่าเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีโดยทั่วไป ด้วยชื่อนี้หมายถึงความสามารถของโมเลกุลของสารบางชนิดในการโต้ตอบกับคนอื่น ๆ และเพื่อสร้างสารประกอบใหม่ในลักษณะนี้

ตัวอย่างเช่นถ้าพวกเขามีปฏิสัมพันธ์กับแต่ละอื่น ๆออกซิเจนและโมเลกุลของไฮโดรเจนสองโมเลกุลทำให้เกิดโมเลกุลของไฮโดรเจนออกไซด์ 2 ตัวซึ่งเรารู้ว่าเป็นน้ำ กระบวนการนี้สามารถเขียนได้โดยใช้สมการทางเคมีต่อไปนี้: 2H₂↑ + เกี่ยวกับ₂↑→ 2H₂ทุม

แม้ว่าจะมีเกณฑ์ที่แตกต่างกันตามที่แยกความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาทางเคมี (ผลกระทบความร้อนตัวเร่งปฏิกิริยาการปรากฏตัว / ไม่มีส่วนเชื่อมต่อเฟสการเปลี่ยนองศาออกซิเจนของตัวทำปฏิกิริยาการย้อนกลับ / การไม่สามารถย้อนกลับได้) ส่วนใหญ่จะจำแนกตามประเภทของการเปลี่ยนสารติดต่อกัน

ดังนั้นจึงมีการแยกแยะกระบวนการทางเคมี 4 ประเภท

• ต่อ
• การจำแนก
• แลกเปลี่ยน
• การแทน

ปฏิกิริยาทั้งหมดข้างต้นเขียนด้วยกราฟโดยใช้สมการ รูปแบบทั่วไปของพวกเขามีลักษณะดังนี้: A → B

ด้านซ้ายมือของสูตรนี้เป็นของเดิมreagents และในด้านขวา - สารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา ตามกฎแล้วสำหรับการเริ่มต้นมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะใช้อุณหภูมิไฟฟ้าหรือการใช้สารตัวเร่งปฏิกิริยา การปรากฏตัวของพวกเขาควรระบุไว้ในสมการทางเคมีด้วย

ปฏิกิริยาการย่อยสลายคืออะไร

กระบวนการทางเคมีชนิดนี้มีลักษณะของการก่อตัวของสารประกอบใหม่ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปจากโมเลกุลของสารตัวเดียว

ในแง่ง่ายขึ้นปฏิกิริยาการสลายตัวสามารถเปรียบเทียบกับบ้านจากนักออกแบบได้ เมื่อตัดสินใจที่จะสร้างรถและเรือเด็กจะถอดรหัสโครงสร้างเริ่มแรกและสร้างส่วนที่ต้องการจากรายละเอียด ในกรณีนี้โครงสร้างขององค์ประกอบของตัวสร้างจะไม่เปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับอะตอมของสารที่เข้าร่วมในการแบ่งตัว

สมการของปฏิกิริยาที่ได้รับการพิจารณาอย่างไร

แม้จะมีความจริงที่ว่าการปลดออกจากที่ซับซ้อนสารสำหรับชิ้นส่วนที่เรียบง่ายมีความสามารถของสารประกอบหลายร้อยชนิดกระบวนการที่คล้ายกันทั้งหมดเกิดขึ้นได้ตามหลักการเดียว คุณสามารถแสดงได้โดยใช้สูตรแผนภาพ: ABC → A + B + B.

ในเบื้องต้นเอบีซีเป็นสารประกอบเริ่มแรกที่ถูกแยกออก A, B และ B เป็นสารที่เกิดจากอะตอม ABB ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาการสลายตัว

ประเภทของปฏิกิริยาการแตกแยก

ดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้นจะเริ่มต้นบางอย่างกระบวนการทางเคมีก็มักจะเป็นสิ่งที่จำเป็นต้องใช้อิทธิพลบางอย่างในน้ำยา ขึ้นอยู่กับชนิดของการกระตุ้นดังกล่าวมีหลายประเภทของการสลายตัวที่โดดเด่น:

• Biodistribution (การย่อยสลายทางชีวภาพ) สาระสำคัญของมันคือการสลายตัวของสารที่ซับซ้อนมากขึ้นเป็นสารประกอบง่ายๆภายใต้อิทธิพลของสิ่งมีชีวิต (จุลินทรีย์) ภาพประกอบของกระบวนการนี้อาจเน่าเปื่อยหรือการสลายตัวของเศษ
• thermolysis เรียกว่าการแยกสารภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง สายพันธุ์นี้มีชนิดย่อย - pyrolysis ในปฏิกิริยาการสลายตัวของสารดังกล่าวสำหรับการดำเนินการสารเหล่านี้ไม่ได้ถูกทำให้ร้อนเท่านั้น แต่ยังทำให้ขาดออกซิเจนและสารออกซิแดนท์อื่น ๆ ด้วย
  
  
• กระแสไฟฟ้า เรียกว่าการแยกสารประกอบโดยใช้กระแสไฟฟ้า
  
  
• การฉายรังสี - การสลายตัวของสารภายใต้อิทธิพลของรังสีไอออไนซ์ อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้ถูกใช้อย่างแข็งขันในการรักษาด้วยรังสี
  
  
• Solvolysis - ปฏิกิริยานี้ถือได้ว่าเป็นเหตุการณ์สำคัญระหว่างการสลายตัวและการแลกเปลี่ยน (AB + VG → AG + BV) แม้ว่าจะนำไปสู่การแยกสารประกอบเชิงซ้อนออกเป็นสารประกอบอย่างง่ายภายใต้อิทธิพลของตัวทำละลาย แต่อะตอมที่ปลดปล่อยแล้วของรีเอเจนต์เริ่มต้นไม่เพียงมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย ขึ้นอยู่กับสาระสำคัญของมันสามชนิดย่อยของการละลายจะแตกต่างกัน: แอลกอฮอลซิส (แอลกอฮอล์ - ROH), ไฮโดรไลซิส (น้ำ - Н₂О) และแอมโมเนียม (แอมโมเนีย - NH₃)

การสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO4)

เมื่อจัดการกับทฤษฎีแล้วควรพิจารณาตัวอย่างที่ใช้ได้จริงของกระบวนการแยกสาร

ประการแรกคือการสลายตัวของ KMnO₄ (ที่คนทั่วไปเรียกว่าด่างทับทิม) เนื่องจากความร้อน สมการปฏิกิริยาสำหรับการสลายตัวของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตมีลักษณะดังนี้ 2KMnO₄ (t 200 ° C) → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

จากสูตรเคมีที่นำเสนอจะเห็นได้ว่าในการเปิดใช้งานกระบวนการนี้จำเป็นต้องให้ความร้อนแก่รีเอเจนต์เริ่มต้นที่ 200 องศาเซลเซียส เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาที่ดีขึ้นโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจะถูกวางไว้ในภาชนะสุญญากาศ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่ากระบวนการนี้คือไพโรไลซิส

ในห้องปฏิบัติการและในการผลิตจะดำเนินการเพื่อให้ได้ออกซิเจนบริสุทธิ์และควบคุม

โพแทสเซียมคลอเรตเทอร์โมไลซิส (KClO3)

ปฏิกิริยาการสลายตัวของเกลือของเบอร์โธลเลตเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของเทอร์โมไลซิสแบบคลาสสิกที่บริสุทธิ์

กระบวนการดังกล่าวต้องผ่านสองขั้นตอนและมีลักษณะดังนี้:

• 2 KClO₃ (เสื้อ 400 °С) → 3KClO₄ + KCl.
• KClO₄ (t จาก 550 °С) → KCl + 2О2

นอกจากนี้เทอร์โมไลซิสของโพแทสเซียมคลอเรตสามารถทำได้ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า (สูงถึง 200 °С) ในขั้นตอนเดียว แต่สำหรับสิ่งนี้จำเป็นต้องให้สารเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมในปฏิกิริยา - ออกไซด์ของโลหะต่างๆ (ทองแดงเฟอรัมแมงกานีส ฯลฯ )

สมการประเภทนี้จะมีลักษณะดังนี้: 2KClO₃ (t 150 ° C, MnO₂) → KCl + 2О₂.

เช่นเดียวกับด่างทับทิมเกลือของ berthollet ถูกใช้ในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมเพื่อผลิตออกซิเจนบริสุทธิ์

อิเล็กโทรลิซิสและการฉายรังสีของน้ำ (H20)

อีกตัวอย่างที่น่าสนใจของปฏิกิริยานี้คือการสลายตัวของน้ำ สามารถผลิตได้สองวิธี:

• ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้าต่อไฮโดรเจนออกไซด์: H₂O → H₂↑ + เกี่ยวกับ₂↑.วิธีการพิจารณาในการรับออกซิเจนนั้นใช้โดยนักดำน้ำบนเรือดำน้ำของพวกเขา นอกจากนี้ในอนาคตมีการวางแผนที่จะใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมาก อุปสรรคสำคัญในวันนี้คือค่าใช้จ่ายด้านพลังงานจำนวนมหาศาลที่ต้องใช้เพื่อกระตุ้นการตอบสนอง เมื่อพบวิธีที่จะลดขนาดให้เหลือน้อยที่สุดการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำจะกลายเป็นวิธีหลักในการผลิตไฮโดรเจนไม่เพียง แต่ยังรวมถึงออกซิเจนด้วย
• น้ำยังสามารถแยกออกได้เมื่อสัมผัสกับรังสีอัลฟา: H₂O → H₂โอ้⁺+ e^-... เป็นผลให้โมเลกุลของไฮโดรเจนออกไซด์สูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัวทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน ในรูปแบบนี้ H2O⁺ ทำปฏิกิริยาอีกครั้งกับโมเลกุลของน้ำอื่น ๆ ที่เป็นกลางกลายเป็นอนุมูลไฮดรอกไซด์ที่มีปฏิกิริยาสูง: H2O + H2O⁺→ H2O + OH ในทางกลับกันอิเล็กตรอนที่สูญเสียไปก็ทำปฏิกิริยาควบคู่ไปกับโมเลกุลของไฮโดรเจนออกไซด์ที่เป็นกลางซึ่งก่อให้เกิดการสลายตัวเป็นอนุมูล H และ OH: H₂O + e^-→ H + OH

การสลายตัวของอัลเคน: มีเทน

เมื่อพิจารณาถึงวิธีการต่างๆในการแยกสารที่ซับซ้อนควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับปฏิกิริยาการสลายตัวของอัลเคน

ชื่อนี้ซ่อนไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวด้วยสูตรทั่วไป C_XH_{2X + 2} ในโมเลกุลของสารที่กำลังพิจารณา อะตอมของคาร์บอนทั้งหมดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว

ตัวแทนของชุดนี้พบได้ในธรรมชาติในทั้งสามสถานะของการรวมตัว (ก๊าซของเหลวของแข็ง)

อัลเคนทั้งหมด (ปฏิกิริยาการสลายตัวของตัวแทนของชุดนี้อยู่ด้านล่าง) มีน้ำหนักเบากว่าน้ำและไม่ละลายในนั้น อย่างไรก็ตามพวกมันเองเป็นตัวทำละลายที่ดีเยี่ยมสำหรับสารประกอบอื่น ๆ

ท่ามกลางคุณสมบัติทางเคมีหลักของสารดังกล่าว(การเผาไหม้การทดแทนการทำฮาโลเจนการคายน้ำ) - และความสามารถในการย่อยสลาย อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งทั้งหมดและบางส่วน

คุณสมบัติข้างต้นสามารถพิจารณาได้โดยใช้ตัวอย่างของปฏิกิริยาการสลายตัวของมีเทน (สมาชิกตัวแรกของอนุกรมแอลเคน) เทอร์โมไลซิสนี้เกิดขึ้นที่ 1,000 ° C: CH₄↑→ C + 2H₂↑_.

อย่างไรก็ตามหากปฏิกิริยาการสลายตัวของมีเธนดำเนินการที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น (1500 ° C) และลดลงอย่างรวดเร็วก๊าซนี้จะไม่สลายตัวโดยสมบูรณ์สร้างเอทิลีนและไฮโดรเจน: 2СН₄↑→ค₂H₄↑ + 3 ชม₂↑

การสลายตัวของอีเทน

สมาชิกที่สองของอนุกรมแอลเคนที่พิจารณาคือ C₂H₄ (อีเทน). ปฏิกิริยาการสลายตัวของมันยังเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง (50 ° C) และในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนหรือสารออกซิแดนท์อื่น ๆ ดูเหมือนว่า: C₂H₆↑→ค₂H₄↑ + H.₂↑_.

สมการปฏิกิริยาการสลายตัวข้างต้นอีเทนเป็นไฮโดรเจนและเอทิลีนไม่สามารถพิจารณาไพโรไลซิสบริสุทธิ์ได้ ความจริงก็คือกระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา (ตัวอย่างเช่นโลหะนิกเกิล Ni หรือไอน้ำ) และสิ่งนี้ขัดแย้งกับคำจำกัดความของไพโรไลซิส ดังนั้นจึงถูกต้องที่จะพูดถึงตัวอย่างข้างต้นของความแตกแยกเป็นกระบวนการสลายตัวที่เกิดขึ้นระหว่างไพโรไลซิส

ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาที่พิจารณาถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเพื่อให้ได้สารประกอบอินทรีย์ที่ผลิตได้มากที่สุดในโลกนั่นคือก๊าซเอทิลีน อย่างไรก็ตามเนื่องจากการระเบิดของ C₂H₆ บ่อยครั้งที่แอลคีนที่ง่ายที่สุดนี้ถูกสังเคราะห์จากสารอื่น

เมื่อพิจารณาถึงคำจำกัดความสมการประเภทและตัวอย่างต่างๆของปฏิกิริยาการสลายตัวเราสามารถสรุปได้ว่ามันมีบทบาทสำคัญมากไม่เพียง แต่สำหรับร่างกายมนุษย์และธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุตสาหกรรมด้วย นอกจากนี้ด้วยความช่วยเหลือของมันจึงเป็นไปได้ที่จะสังเคราะห์สารที่มีประโยชน์มากมายในห้องปฏิบัติการซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการวิจัยทางเคมีที่สำคัญได้