If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:15:27

Видео транскрипция

Когато учиш химия, често ще виждаш реакции, всъщност постоянно ще виждаш химични реакции, които – например, ако имаме газообразен водород, това е двуатомна молекула, защото водородът се свързва със себе си в газообразно състояние. Плюс газообразен йод, I2 също е в газообразно състояние. Лесно е да разберем какво се случва – смесваме ги и те ще реагират и ще се получи продуктът. Ако имаме два мола водород и два мола йод, ще получим два мола йодоводород. Това е ясно и точно, изглежда като доста проста реакция, която се случва без много проблеми. Но сигурно се сещаш, че на практика не се случва точно така. Знаем, че тази реакция не протича мигновено. Не можем просто да вземем малко водород, да го смесим с малко йод, и те магически да се превърнат в йодоводород. Знаем също, че при газообразно състояние тези частици подскачат наоколо и ако някак си се блъснат една в друга и разкъсат връзките, които са имали преди, могат да формират нови. Точно за това ще учим сега. Науката за това как протичат химичните реакции и за скоростта на химичните реакции се нарича кинетика. Това е доста засукана дума, но вероятно ти е позната, тъй като вече сме говорили много за кинетичната енергия. Кинетика. Тя изучава скоростта на реакциите. Колко бързо протичат и по какъв начин? Нека сами предложим начин, по който водородът и йодът могат да се свържат. Да помислим как изглежда водородът. Ако погледнем периодичната система, водородът има един валентен електрон, така че ако имаме два водородни атома, те могат да ги споделят. След това да видим йода, той има седем валентни електрони, ако всеки атом сподели един електрон, ще запълнят валентния си електронен слой. Това е просто преговор. Този водород има един електрон ето тук. Може да вземем друг водороден атом, който също има един електрон ето тук. Ако те формират връзка, те споделят тези електрони, този водороден атом може да се преструва, че има този електрон, а този атом може да се преструва, че притежава този електрон. И двата атома са щастливи. И двата атома имат усещането за запълнен 1S слой. Същото се случва и при йода. Имаме два атома йод, и двата атома имат седем валентни електрони. Йодът е халоген, както вече знаеш. Халогените са в седма група, следователно имат седем валентни електрона. Този атом има един електрон тук, а този има един тук. Ако този атом се преструва, че притежава този електрон, той е щастлив, все едно има осем валентни електрона. Този също може да се преструва, че има този електрон и е доволен. Това тук е връзката. Затова водородът и йодът в газообразно състояние са двуатомни молекули. В газообразно състояние тези частици се движат и се блъскат една в друга. Ще го нарисувам ето така. Водородът може да изглежда ето така. с тези две сфери изобразяваме двата водородни атома, които са свързани. Тези електрони между тях ги държат свързани. Йодът може да изглежда ето така. Неговата молекула е много по-голяма. Двата атома са свързани ето така. Те също споделят електрони в ковалента връзка. Всичко е относително. За да могат тези две молекули да се превърнат в това, тези връзки трябва да се разкъсат и да се формират нови. Имаме много от тези молекули, много, ще нарисувам няколко от тях. Или мога просто да ги копирам и да ги поставя. Имаме няколко водородни молекули наоколо, както и няколко от молекулите на йодния газ. Какво трябва да се случи, за да получим йодоводород? Тези молекули трябва да се сблъскат. Трябва да се сблъскат по точния начин. Да кажем, че тази молекула се движи. Иска ми се да го покажа. Просто я влача и я пускам. Тя се движи. Трябва да удари водородна молекула по точния начин. Трябва да я удари по точния начин и с достатъчно енергия, тогава внезапно... Да кажем, че сме стигнали дотук. Тези електрони ще си кажат: "Хей, знаеш ли, че ми харесва това споделяне, в стабилна конфигурация сме, запълваме 1S слоя, но виж това – този йод, който е наблизо, той ме иска и е много по-електроотрицателен от мен – водорода." Може би са привлечени насам, не знаят дали искат да останат тук между този водород и този. И влизат в по-високо енергетично състояние. По същия начин тези електрони си казват: "Хей, няма ли да е хубаво, ако не трябва да съм тук, мога да се върна към оригиналния си атом, ако този електрон дойде тук." Тогава ще имаме осем валентни електрона, същото нещо се случва и тук. Този комплекс, който се получава по време на сблъсъка е състояние с висока енергия, междинно състояние на реакцията, а това се нарича активен комплекс. Понякога го рисувам просто за визуализация, но може да се представи и така: водородът има ковалентна връзка с друг водороден атом. Тогава идва йодът. Този йоден атом има ковалентна връзка с друг йоден атом. Но изведнъж тези атоми също искат да се свържат. Започват да формират връзки. Има известно привличане и от тази страна. Това е друг начин, по който можем да представим този активен комплекс. Това е състояние с висока енергия. За да могат електроните да преминат от тази връзка в тази или от тази в тази, или за да се върнат, трябва да влязат в по-високо енергетично състояние, в по-нестабилно енергетично състояние, отколкото преди. Но това се случва, ако има достатъчно енергия, тъй като искаме да преминем от тези две отделни молекули, ще ги нарисувам отделно. Имаме двете молекули отделно, молекула водород и молекула йод. Те преминават към това състояние, което има по-висока енергия. Но те могат да преминат към това по-високо енергетично състояние, ако има достатъчно енергия при ударите между молекулите, ако имат достатъчно кинетична енергия, когато се ударят по точния начин. Тогава формират активен комплекс или това състояние с по-висока енергия. След това то ще премине към състоянието с най-ниска енергия, което е йодоводород. Първо йод и после водород. Това всъщност е състояние на по-ниска енергия от това. Но за да стигнем дотук, трябва да преминем през състояние с по-висока енергия. Тoва може да се изрази в енергетична диаграма. Да кажем, че на оста х имаме реакционния път. Всъщност не знаем колко бързо протича реакцията, но можем да разглеждаме тази ос като показваща времето, измерено в някаква мерна единица. Да кажем, че на у оста имаме потенциалната енергия. Ще нарисувам по-дебели линии. Това тук е потенциалната енергия. Ще направя и тази линия по-дебела. Това е потенциалната енергия. В началото имаме това. Можем да разглеждаме тази ос като комбинираната потенциална енергия. Започваме оттук. Тук имаме H2 плюс I2. На по-ниско енергетично ниво имаме йодоводорода. Това тук е по-ниска потенциална енергия. По-ниска потенциална енергия. Имаме 2HI. Но за да стигнем дотук, трябва да влезем в това по-високо енергетично състояние, електроните трябва да имат някаква енергия, за да могат поне да измислят какво искат да правят с живота си. Затова трябва да внесем енергия в системата. Не винаги това е необходимо, но ако реакцията не протича спонтанно, трябва да добавим енергия в системата, за да достигнем състоянието на активен комплекс. Тук имаме енергията на този комплекс. Ето тук сме. Трябва да има енергия в системата. Тази енергия, разликата между енергията на молекулите на водорода и йода и енергията, която имаме тук горе при активния комплекс, това разстояние тук, това е активиращата енергия. Ако можем някак си да внесем достатъчно енергия в системата, ще се случи ето това – молекулите ще се сблъскат с достатъчно енергия, старите връзки ще се разкъсат и ще се формират нови. Активираща енергия. Понякога се записва като Еа. В бъдеще може би ще разглеждаме реакции, при които ще измерваме активиращата енергия. Важното нещо е да разбереш идеята, че реакцията не преминава спонтанно от това в това състояние. Няма да навлизам в подробности за катализата сега, но може би си чувал/а термина катализатор или че нещо се катализира. Това е някакъв външен участник в реакцията. Сега имаме H2 плюс I2, което ще ни даде 2 молекули HI (йодоводород). Може да имаме катализатор, ще напиша плюс С. Всъщност не знам какъв е подходящият катализатор за тази реакция. Как работят катализаторите? Могат да работят по много различни начини, затова няма да навлизам в тази тема в това видео. Но катализаторът е нещо, което не се променя. То не става част от продуктите на реакцията. Катализаторът е бил там преди началото на реакцията и е там след края ѝ. Това, което прави, е да накара реакцията да протече по-бързо или да понижи енергията, необходима за протичане на реакцията. Което на практика е едно и също. Ако имаме катализатор, тази активираща енергия ще е по-ниска. Катализаторът може да е някоя молекула, която позволява образуването на друго преходно състояние, което има по-ниска потенциална енергия, така че реакцията изисква по-малко топлина или по-ниска концентрация на молeкули, за да се получи точният удар, водещ до следващото състояние. Трябва ни по-малко енергия. Разбирайки тези кинетични процеси, чрез които молекулите си взаимодействат, според теб какви са определящите фактори за това дали една реакция ще протече или не? Вече казахме, че може да имаме положителен катализатор, но съществуват и отрицателни катализатори (т.нар. инхибитори), които забавят реакциите. Ако имаме положителен катализатор, той очевидно понижава активиращата енергия, това прави реакцията по-бърза. Повече молекули ще се ударят по точния начин и ще могат да прескочат този хълм, тъй като той ще по-нисък в присъствието на катализатор. Също така, ако увеличим концентрацията, тогава ще има повече молекули, които може да се сблъскат една в друга. Нали? Има по-голям шанс за удар. Всичко е относително. Когато хората пишат тези уравнения на реакции, изглежда, че всичко протича точно и гладко. Но в действителност не е така, в действителност просто имаме молекули, които се удрят една в друга. Това е много интересна тема за разговор във видеа по биология, защото в основата си всеки биологичен процес е химичен процес, и продуктът се получава от всички тези неща, които се блъскат едно в друго. Можеш да си представиш, че колкото по-голяма концентрация на изходните вещества имаме, толкова по-голяма вероятност имаме за точен удар и за перфектната кинетична енергия, необходима за протичане на реакцията. Ще направя едно пояснение тук. Гледайки тази реакция, може да си кажеш: "Добре, да кажем, че имаме тази енергия, как прескачаме тази част? Как се случва реакцията?" Спомни си, в газообразно състояние кинетичните енергии на всички тези молекули не са еднакви. Някои молекули в газа имат по-висока кинетична енергия, някои имат по-ниска. Температурата ни дава информация само за средната енергия. Така че винаги има вероятност две молекули с висока кинетична енергия да се ударят по точния начин. Те могат да имат достатъчно кинетична енергия, за да достигнат състоянието на активен комплекс, след което да отидат на по-ниско енергетично ниво, което е това на йодоводорода. Това може да се случи при всяка температура, но очевидно, ако увеличим температурата, има по-голяма вероятност реакцията да протече. Записваме и температура. Температурата е може би най-важният фактор, който може да накара реакцията да протече по-бързо. При всички тези условия, ако имаме по-висока температура, ще имаме по-бърза реакция. Ако искаш, можем да разгледаме самите молекули. Ако имаме молекули, чиито връзки са слаби, те имат по-голям шанс за взаимодействие. Има и други фактори като формата на молекулата, дали дадени атоми са достъпни за реакции с други атоми. Всичко това става много важно, когато навлезем в биологията. И последно, вероятно се досещаш, че е важна и повърхностната площ. Ако увеличим повърхностната площ... Досега разглеждахме само реакции между газове, които по принцип имат голяма повърхност за реакции. Ако имаме по-голяма повърхност, имаме по-бърза реакция. По-голяма скорост. Как можем да си предствим това? Мислим за реакцията като за... правили сме го много пъти и преди. Да кажем, че имаме натриев хлорид, той е твърда сол, плюс вода. Можем да разглеждаме тази реакция по много начини. Можем да кажем, че получаваме натриеви йони (във воден разтвор) плюс хлорни аниони (във воден разтвор). Имаме катиони и аниони във воден разтвор. Натриевият хлорид се разтваря. Как се случва това? Имаме голямо кубче сол. Ще направя солта в сиво. Ако имаме голяма бучка сол, тя съдържа и натриеви, и хлорни атоми. А около солта има вода, водата ще може да реагира само с молекулите на повърхността и бавно ще разтвори солта. Бавно ще създаде полярни връзки. Това са полярни диполни връзки с различни натриеви и хлорни йони. Но ако разделим този блок на по-малки кубчета, ако до разчупим или го натрошим на много малки части, тогава повърхността, с която водните молекули могат да реагират, е много по-голяма, водата може да реагира с по-голяма част от натриевия хлорид. Затова реакцията ще протече по-бързо. Затова ако увеличим повърхността, на която може да протече реакцията, увеличаваме и скоростта на процеса. Ако се опитваме да постигнем това с две течности, можем да впръскаме едната течност в другата, за да получим малки капчици и да увеличим повърхността. Това беше въведение в кинетиката. Надявам се, че получи представа за тези реакции. Можеш да разсъждаваш за химията по този начин, не я приемай просто като куп формули, които трябва да запомниш. Мисли за механизмите, които стоят в основата ѝ, за това, че е относителна и хаотична. Трябва да мислим за това какво ще увеличи вероятността тези молекули да се сблъскат по точния начин, за да протече реакция.
Съдържанието по Биология достига до теб с подкрепата на Фондация Амген