Реакции на свободни радикали

Какъв тип реакция ще получим, ако имаме метан и молекулярен хлор. Ако оставим нещата просто така, без да загреем или изложим реакцията на ултравиолетова светлина, не би се случило нищо. И двете молекули си остават по начина, по-който са били. Но ако добавим топлина и накараме всички атоми и молекули да вибрират, да се блъскат една в друга. Или ако добавим енергия във формата на ултравиолетова светлина, можем да прекъснем някои от връзките хлор-хлор. От всички връзки тук, тези са най-слабите. Те ще са най-податливи на разпадане. Да кажем, че добавим топлина. Какво ще се случи? Ще обознача валентността на електроните на всеки хлорен атом. Този хлор има 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 валентни електрона, а хлорът тук има 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 валентни електрона. Когато добавим топлина към такива реакция, достатъчно е молекулите да вибрират далеч една от друга, за да се разпадне връзката. Не сме чертали досега такава стрелка, но ще се случи следното: всяка от тези молекули хлор ще се разпадне. Всяка от тези молекули хлор ще вземе участие във връзката. Молекулата отляво ще вземе този електрон. Забележи, че това е половин стрелка. Изглежда като кука за въдица. Половинката е от главичката на стрелка. Означава, че този електрон ще се върне обратно към този хлор, а другият розов електрон ще се върне обратно към десния хлор. Можем да направим стрелката така. Ако зависеше от мен, бих го нарисувал по-скоро така. Бих го нарисувал по-скоро така, за да покажа, че този електрон се връща към хлора. Но обикновено се показва как половината от тази връзка се връща към целия атом. Какво ще стане след това? Ние ще имаме все още тук нашия метан . Той в действителност не е реагирал. Имаме все още метана. Нека го начертая. Имаме все още тук нашия метан. А всичко това се случи, защото добавихме енергия към системата, успяхме да разрушим връзката. Молекулярният хлор се разпадна на два хлорни атома. Ще имаме един тук вляво и ще имаме един в дясно. Нека обознача валентността на хлора вляво. Има 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Обърнах ги така, че единичният електрон да е тук от лявата страна. Имаме и хлора вдясно. Има 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 валентни електрона. Всеки един хлор има по 1 несвързан електрон и всъщност те са много, много реактивни. Всяка молекула, която има несвързан електрон и е силно реактивна, наричаме свободен радикал. Всека от тези атоми е свободен радикал. Цялостната тема на това видео са реакциите със свободни радикали. Тези два атома са свободни радикали. Сигурно знаеш какво е "свободен радикал" от контекста на храненето. Не бихме искали свободните радикали да се движат ей така. Идеята е една и съща. Не става въпрос за самия хлор, а за молекули, които имат несвързани електрони. Те ще реагират с някои неща в нашите клетки, може би дори и с ДНК, може би ще причинят мутации, които биха довели например до рак. Затова хората мислят, че не трябва да имаме свободни радикали в тялото. Но веднага щом се образуват свободните радикали, в тази стъпка точно тук, когато ще пуснем енергия в системата, за да разрушим тази връзка. Ще наречем това първа стъпка. Нека опиша това. Тук използвахме енергия. Това беше ендотермично. Използваме енергия. Това тук е иницииращата стъпка. Обикновено реакции, при които се образуват свободни радикали, в началото се нуждаят от енергия. Но веднъж щом започне този процес, задвижва се верижна реакция. Когато един свободен радикал реагира с нещо друго, създава друг свободен радикал, и така нататък, докато всичко не реагира. Ето защо тези свободни радикали могат да са толкова опасни и лоши за биологичните системи. Казах, че те много реагират. Как ще реагират сега? Тази молекула иска да образува двойка. Ако се сблъска с този метан по правилния начин, с достатъчно енергия, ще може да вземе водорода от въглерода; и не само протона, а целия водород. Ще образува връзка с водорода, използвайки водородния електрон; те ще се свържат и ще образуват връзка. Водородът ще предостави един електрон. Забележи, че отново рисувам половин стрелка. Водородът не отдава електрона си на друга молекула. Тогава стрелката щеше да е пълна. Водородът просто споделя своя електрон, който става половината от връзката. След това въглеродът ще направи същото. Ще го отбележа в синьо. Валентността на електрона тук би могла да бъде предоставена на половината връзка, а след това те ще се свържат и връзката тук ще се разпадне. И така въглеродът от лявата страна ще си вземе обратно електрона. Как ще изглежда всичко, след като приключи този процес? Нашият метан не е вече метан. Имаме три водорода. Въглеродът си е взел обратно електрона. Вече е свободен радикал. Сега има несвързан реактивен електрон. Водородът и този хлор са се свързали. Нека покажа хлора. Има точно тук този електрон. Има и другите шест валентни електрона: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Имаме водорода с неговия розов електрон, който "допринася" във връзката. Имаме ги вече свързани. Хлорът не е вече свободен радикал, въпреки че този тук е все още свободен радикал. Нека копирам и поставя. Ето го тук. Копирам и поставям. Имахме 1 реагиращ свободен радикал, но той образува друг свободен радикал. Затова това се нарича стъпка на множене. Това тук е стъпка на множене. Когато един свободен радикал реагира, създава друг свободен радикал. Какво е склонен да направи този свободен радикал? Сигурно си мислиш, че просто ще реагира с друг хлор, но помисли. Тези молекули са неограничен брой в този разтвор, а шансовете на молекулите да реагират с другия свободен радикал са много ниски, особено в началото на реакцията, когато повечето молекули са или метан, или молекулярен хлор. Тези молекули по-скоро биха се сблъскали с друг молекулярен хлор, отколкото в някой от свободните радикали. Ако се блъсне по точния начин в друг молекулярен хлор... ще покажа друг молекулярен хлор. Това е друг молекулярен хлор Ето ги електроните: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Тук има връзка. Ако се сблъскат по правилния начин, този хлорен електрон ще бъде предоставен, а този несвързан електрон също ще бъде предоставен и и този свободен радикал СН3, този метилов радикал, ще образува след това връзка с този хлор. Как би изглеждало всичко след това? След като се случи, това вече е свързано към хлора. Вече е хлорометан. Нека го начертая. Това е въглерод, водород, водород, водород. Вече е свързано към хлор. Нека обознача електроните, за да проследим всичко. Имаме тук розов електрон. Имаме и хлора с неговите 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 валентни електрона. Вече са свързани. Това е хлорометан. Вече имаме друг свободен радикал, защото това тук... трябваше да го направя тук. Връзката на тази молекула се е разрушила, така че тази си получава електроните обратно. Ето го тук. Сега е свободен радикал. Това е друга стъпка на множене. И имаме все още първоначалния свободен радикал, който си стои тук. Продължаваме да образуваме все повече и повече свободни радикали, докато това се случва. Накрая ще свършат метаните ще свърши и молекулярният хлор. Тогава те по-малко ще реагират и наоколо ще има повече свободни радикали. Когато концентрацията на свободни радикали стане достатъчно висока, ще започнем да ги виждаме как реагират един с друг. Когато концентрацията на свободни радикали стане достатъчно висока, може да видим, вместо да се случи тази стъпка... ще мине доста време, преди да изчезнат повечето свободни или несвободни радикали. Но когато имаме микс от главно свободни радикали, ще видим подобни неща. Ще видим метил свободен радикал. Нека го направя ето така. Може би ще го видиш да реагира с друг като него, където и двата предоставят електрон за образуването на връзка. След като се образува връзката, получаваме етан. Бих могъл да го напиша като СН3, Н3С. Ще имаме нещо подобно. Тази стъпка, при която два свободни радикала се изключват, е финална стъпка, защото започва да се намалява концентрацията на свободни радикали в разтвора. Но това става само ако концентрацията на свободни радикали стане действително висока. Може да видиш някои от хлорните молекули отново да се изключат взаимно: хлорен свободен радикал и хлорен свободен радикал. Ще изобразя само несвързания електрон. Могат да се свързват един с друг и да образуват отново молекулярен хлор. Това е отново крайна стъпка. Или можем да видим нещо като метил свободен радикал. Ще напиша формулата само така: Н3С. Метил свободният радикал и хлорният свободен радикал реагират веднага и образуват хлорометан, образуват Н3С-СL. Всичко това се случва, когато концентрацията на свободни радикали стане много висока. Друго нещо, което може да се случи, когато тази реакция се задвижи и имаме много стъпки на множене, е ситуация, където вече има хлорометан и изглежда така. Имаме вече хлорометан. И когато имаме достатъчно, става все по-възможно някой хлорен свободен радикал да реагира с това тук, да добави друг хлор към молекулата. Как ще стане? Този хлор тук... означавам свободни електрони двойки. Хлорът ще образува връзка с този водород. И хлорът, и водородът ще предоставят своите електрони. След това въглеродът ще си вземе електрона си. Виж, че всички са с половин стрелка. Водородът и хлорът са свързани. Тези молекули ще бъдат свободни радикали, хлориран свободен радикал. Ще изглежда по този начин. Има свободен електрон тук; водород, водород. След това би могъл да взаимодейства с друга хлорна молекула. Дава един електрон. Може би този приятел тук отдава електрон. Не искам да чертая пълна стрелка... Този тук предоставя електрон на връзката, а това тук взема обратно електрона си и става свободен радикал. И какво получаваме? Двойно хлориран метан. Имаме CL, CL и след това водород и водород. Това може да продължава да се случва. Когато концентрацията стане висока, увеличава се възможността това да реагира с друг хлор. Естествено, че този хлор тук става друг свободен радикал. Основната идея е да ти покажа, че веднъж щом започне реакция на свободни радикали... Изисква се енергия при първата стъпка, за да се разпадне връзката хлор-хлор, но веднъж щом започне, тъй като са много реактивни, започват да реагират с други неща. И тъй като реагират с други неща, се получават все повече свободни радикали, започва верижна реакция. За да се случи това, необходима е енергия. За стъпката на множене се изисква малко енергия, но е почти неутрална. Изисква се енергия за разпадане на връзката, но се създава енергия и при образуването на връзката. Въпреки това се изисква малко енергия. Нещата започват да стават екзотермични. И особено като наближат крайните стъпки, тогава започва да се освобождава много енергия. В крайна сметка тази реакция освобождава енергия, но и се нуждае от енергия, за да започне.