Гетерогенные реакции

Химические реакции, идущие на поверхностях раздела фаз - гетерогенные реакции - протекают с рядом особенностей, которые связаны, главным образом, с локализацией места взаимодействия между молекулами. К таким реакциям относится очень большое число процессов и, в первую очередь, реакции с участием твёрдых веществ - двух твёрдых ве­ществ друг с другом (т. н. топохимические реакции), твёрдого вещества с газом или с компонентами раствора, в которое оно погружено. Возмож­ны гетерогенные реакции и на поверхностях раздела между двумя жидкими фазами. Поскольку такие лекарственные формы, как, например, смешанные порошки, таблетки, суспензии, эмульсии представляют собой гетерогенные системы, в них возможно протекание гетерогенных реакций указанных типов, что приводит к разложению лекарственных веществ, к изменению физических свойств, к потере потребительных качеств и товарного вида.

Большинство биохимических реакций также идёт на поверхностях раздела, имеющихся в различных структурах организма, т. е. является гетерогенными.

Поэтому выяснение деталей протекания указанных процессов очень важно для биохимии и медицины, в особенности фармакологии. Гетерогенные процессы, происходящие при растворении таблеток, порошков, кристаллизации из растворов имеют большое значение для фармации, в особенности для технологии лекарств.

Гетерогенными являются и электрохимические, и каталитические реакции с участием твёрдых катализаторов. Кроме химических реакций возможны и гетерогенные физико-химические процессы, например, растворение кристаллов и кристаллизация из растворов, адсорбция и десорбция и др.

По сравнению с гомогенными реакциями на общую скорость гетерогенного процесса будут влиять такие дополнительные факторы, как: 1) доставка реагентов к поверхности и 2) удаление продуктов реакции от поверхности. Поэтому большинство гетерогенных процессов включает в себя следующие обязательные стадии:

1) доставка реагентов к поверхности

2) химическое взаимодействие на поверхности

3) удаление продуктов от поверхности

Довольно часто, особенно при реакциях на твёрдых поверхностях, за стадией доставки следует стадия адсорбции молекул реагирующих веществ на поверхности (иногда - с определённой ориентацией), а перед стадией удаления продуктов - стадия десорбции.

1-я и 3-я стадии осуществляются с помощью диффузии реагентов и продуктов, и значит, их скорость будет определяться диффузионными характеристиками как самих реагирующих веществ, так и среды, в которой они находятся. Скорость 2-й стадии будет зависеть от нескольких факторов - от природы веществ, от энергии активации реакции, от концентрации реагентов в приповерхностном слое, каталитических свойств поверхности, иногда от ориентации молекул на твёрдой поверхности и т. д.

Суммарная продолжительность процесса будет определяться скоростью самой медленной (лимитирующей) стадии. Если доставка реагентов и отвод продуктов осуществляются быстрее, чем собственно химическое превращение, то лимитирующей стадией является химическая. В таком случае принято говорить, что гетерогенная реакция идет с химическим (или с кинетическим) контролем.Если же химическое превращение идет быстрее, чем подвод реагентов (или отвод продуктов), то лимитирующей стадией является соответствующий процесс диффузии, и тогда принято говорить о гетерогенном процессе с диффузионным контролем.

ГЛАВА 13

КАТАЛИЗ

Основные понятия. Значение катализа для медицины,