ओजोन - सामान्य जानकारी. बेंजीन का ऑक्सीकरण और इसके समरूप बेंजीन और ओजोन प्रतिक्रिया समीकरण
व्याख्यान 9.
एरोमैटिक्स को मूल रूप से कार्बनिक यौगिक कहा जाता था जो या तो स्वयं एक सुखद गंध रखते थे या प्राकृतिक पदार्थों से अलग किए गए थे जिनमें एक सुखद गंध थी। इसके बाद, उनमें सुखद और अप्रिय गंध वाले यौगिकों के साथ-साथ गंधहीन यौगिकों की खोज की गई। हालाँकि, बेंजीन के समान गुण प्रदर्शित करने वाले कार्बनिक यौगिकों के एक बड़े समूह का नाम बरकरार रखा गया है।
सुगंधित हाइड्रोकार्बन या एरेन्स में ऐसे यौगिक शामिल होते हैं जिनके अणुओं में एक या अधिक बेंजीन रिंग होते हैं।
अणु में शामिल बेंजीन रिंगों की संख्या के आधार पर, मोनोन्यूक्लियर (मोनोसाइक्लिक) और पॉलीन्यूक्लियर (पॉलीसाइक्लिक) एरेन्स को प्रतिष्ठित किया जाता है।
मोनोन्यूक्लियर एरेनास
मोनोन्यूक्लियर एरोमैटिक यौगिकों का सबसे सरल प्रतिनिधि बेंजीन (C 6 H 6) है।
बेंजीन को पहली बार 1825 में अंग्रेजी वैज्ञानिक एम. फैराडे ने कोयले के प्रसंस्करण के दौरान बनने वाली चमकदार गैस से प्राप्त किया था। हालाँकि, इसके अणु की संरचना कई वर्षों तक रसायनज्ञों के लिए एक रहस्य बनी रही। इस तथ्य के बावजूद कि सूत्र सी 6 एच 6 एक काफी स्पष्ट असंतृप्त चरित्र मानता है, बेंजीन, असंतृप्त यौगिकों के विपरीत, एक अपेक्षाकृत निष्क्रिय पदार्थ निकला। यह गर्मी और ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति अपेक्षाकृत प्रतिरोधी है, और व्यावहारिक रूप से असंतृप्त यौगिकों की विशेषता वाली अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं से नहीं गुजरता है। इसके विपरीत, बेंजीन के लिए, प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं जो असंतृप्त यौगिकों की विशेषता नहीं हैं, अधिक विशिष्ट निकलीं।
संरचना C6H6 के लिए विभिन्न संरचनात्मक सूत्र निर्दिष्ट किए गए थे, लेकिन उन सभी ने बेंजीन के रासायनिक गुणों को पूरी तरह से स्पष्ट नहीं किया।
1865 में, जर्मन रसायनज्ञ केकुले ने बेंजीन के लिए सूत्र प्रस्तावित किया, जो कि एकल और दोहरे बंधन के साथ छह कार्बन परमाणुओं का एक चक्र है:
केकुले का सूत्र अणु में सभी कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं की तुल्यता मानता है।
केकुले के सूत्र के अनुसार, बेंजीन में दो 1,2-विस्थापित आइसोमर्स होने चाहिए:
यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था कि 1,2-विस्थापित बेंजीन डेरिवेटिव में स्थितीय आइसोमर्स नहीं होते हैं, यानी वे एक एकल यौगिक के रूप में मौजूद होते हैं।
इस विरोधाभास को समझाने के लिए, 1872 में केकुले ने दोलन परिकल्पना को सामने रखा, जिसके अनुसार अणु में दोहरे बंधन स्थिर नहीं होते हैं, बल्कि दो संभावित स्थितियों के बीच लगातार गति (दोलन) करते हैं:
हालाँकि बेंजीन के कुछ गुणों को सही ढंग से प्रतिबिंबित करने के बावजूद, केकुले का सूत्र कई स्थापित तथ्यों से सहमत नहीं था। यह सब रसायनज्ञों को बेंजीन की संरचना पर पुनर्विचार करने के लिए वापस लाया।
आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, क्वांटम रसायन विज्ञान और भौतिक रासायनिक अध्ययनों के आंकड़ों के आधार पर, बेंजीन अणु एक नियमित सपाट षट्भुज है। सभी कार्बन परमाणु sp 2 संकरण की स्थिति में हैं। एसपी 2-संकरित परमाणु कक्षाओं के कारण, प्रत्येक कार्बन परमाणु तीन σ बांड बनाता है (एक हाइड्रोजन परमाणु के साथ और दो पड़ोसी कार्बन परमाणुओं के साथ)। असंकरित पी-परमाणु कक्षक एक सुगंधित सेक्सेट के निर्माण में भाग लेता है। पी-इलेक्ट्रॉनों के बादलों का आकार त्रि-आयामी आकृति आठ जैसा होता है और वे चक्र के तल के लंबवत स्थित होते हैं, जो उन्हें आधे में विभाजित करता है।
यदि हम ऊपर से π-इलेक्ट्रॉन घनत्व के प्रक्षेपण को देखें, तो हम निम्नलिखित चित्र देख सकते हैं:
एक बंद संयुग्मित प्रणाली (सुगंधित सेक्सेट) का गठन बेंजीन अणु के लिए ऊर्जावान रूप से अनुकूल है। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि चक्र में संयुग्मन से साइक्लोहेक्साट्रिएन की गणना की तुलना में ऊर्जा में 150.7 kJ/mol की कमी होती है। यह अंतर संयुग्मन ऊर्जा का निर्माण करता है।
बेंजीन रिंग में शब्द के प्रत्यक्ष अर्थ में एकल या दोहरा बंधन नहीं होता है। ऐसे बंधन को ऐरोमैटिक कहा जाता है। यदि अल्केन्स में एकल सी-सी बांड की लंबाई 0.154 एनएम है, अल्केन्स में डबल बांड की लंबाई 0.134 एनएम है, तो बेंजीन अणु में सी-सी बांड की लंबाई 0.140 एनएम है, यानी, यह लंबाई के बीच मध्यवर्ती है एक एकल और दोहरा बंधन.
बेंजीन के विशिष्ट गुणों का संयोजन - उच्च स्थिरता, अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं में जड़ता, प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की प्रवृत्ति - को सामूहिक रूप से "सुगंधितता" या "सुगंधित गुण" कहा जाता है।
ऐरोमैटिक श्रृंखला में किसी यौगिक को निर्दिष्ट करने का अधिकार पाने के लिए हमारे लिए क्या आवश्यक है?
क) सुगंधित गुण प्रकट होने के लिए, अणु में सबसे पहले एक सपाट संरचना होनी चाहिए;
बी) अणु में एक बंद संयुग्म प्रणाली होनी चाहिए;
ग) π-इलेक्ट्रॉनों की संख्या सूत्र 4n + 2 के अनुरूप होनी चाहिए, जहां n = 0, 1, 2, 3, आदि (यह पैटर्न 1931 में जर्मन वैज्ञानिक ई. हकेल द्वारा तैयार किया गया था)।
नामकरण और समावयवता
IUPAC स्थानापन्न नामकरण के अनुसार, मोनोन्यूक्लियर एरेन्स को बेंजीन डेरिवेटिव माना जाता है।
यदि रिंग में दो या दो से अधिक प्रतिस्थापी हैं, तो उनकी स्थिति संख्याओं द्वारा इंगित की जाती है। बेंजीन रिंग के कार्बन परमाणुओं की संख्या इस तरह से की जाती है कि प्रतिस्थापनों की संख्या सबसे कम हो।
अप्रतिस्थापित बेंजीन डेरिवेटिव में, प्रतिस्थापनों की स्थिति के डिजिटल पदनाम के साथ, उपसर्गों का उपयोग किया जाता है: ऑर्थो (ओ-) स्थिति - 1,2; मेटा (एम-) स्थिति - 1.3 और पैरा (पी-) स्थिति - 1.4।
स्थानापन्न नामकरण के अनुसार नामों के अलावा, तुच्छ नाम भी संरक्षित किए गए हैं: टोल्यूनि, ज़ाइलीन, क्यूमीन, आदि।
मोनोवैलेंट एरेन रेडिकल्स का सामान्य नाम एरिल्स (Ar) है। डाइवैलेंट बेंजीन रेडिकल्स को फेनिललीन (ओ-, एम-, पी-) कहा जाता है।
बेंजीन होमोलॉग्स की आइसोमेरिज्म बेंजीन रिंग में प्रतिस्थापनों की विभिन्न संरचनाओं, संख्या और स्थिति के कारण होती है।
मोनोप्रतिस्थापित बेंजीन होमोलॉग को विभिन्न स्थानापन्न संरचनाओं से जुड़े आइसोमेरिज्म की विशेषता है।
विस्थापित बेंजीन डेरिवेटिव तीन आइसोमेरिक रूपों में मौजूद होते हैं, जो बेंजीन रिंग (स्थिति आइसोमर्स) पर उनकी सापेक्ष स्थिति पर निर्भर करते हैं।
बेंजीन रिंग पर समान प्रतिस्थापन वाले त्रि-प्रतिस्थापित बेंजीन के लिए, तीन आइसोमर्स भी हैं:
अखाड़े पाने के तरीके
1. अमीनों का साइक्लोट्रिमराइजेशन
ऊंचे तापमान पर एसिटिलीन को सक्रिय कार्बन के ऊपर से गुजारा जाता है। प्रतिक्रिया की खोज ज़ेलिंस्की ने की थी।
2. एसीटोन सान्द्र का उपचार. H2S04
3. एलिसाइक्लिक यौगिकों का निर्जलीकरण
यह प्रतिक्रिया सुगंधित और एलिसाइक्लिक यौगिकों के बीच संबंध को दर्शाती है।
4. वर्ट्ज़-फ़िटिग प्रतिक्रिया
इस प्रतिक्रिया का उपयोग अक्सर बेंजीन होमोलॉग तैयार करने के लिए किया जाता है।
5. फ्रिडेल-शिल्प के अनुसार सुगंधित हाइड्रोकार्बन का क्षारीकरण।
भौतिक गुण
बेंजीन और इसके निचले समजात एक विशिष्ट गंध वाले तरल पदार्थ हैं। सुगंधित हाइड्रोकार्बन पानी में अघुलनशील और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में आसानी से घुलनशील होते हैं। उनमें से कई स्वयं अन्य कार्बनिक पदार्थों के लिए अच्छे विलायक हैं। कार्बन की मात्रा अधिक होने के कारण ये धुएँ जैसी लौ के साथ जलते हैं।
रासायनिक गुण
बेंजीन और उसके समरूपों की प्रतिक्रियाशीलता मुख्य रूप से एक बंद π-इलेक्ट्रॉन प्रणाली की संरचना में उपस्थिति से निर्धारित होती है, जो बढ़े हुए इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक क्षेत्र है। एल्केन्स की तरह सुगंधित हाइड्रोकार्बन, प्रकृति में न्यूक्लियोफिलिक होते हैं। हालाँकि, असंतृप्त यौगिकों के विपरीत, इलेक्ट्रोफिलिक अभिकर्मकों के साथ बातचीत करते समय, एरेन्स में अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं के बजाय प्रतिस्थापन की संभावना अधिक होती है, क्योंकि उनका सुगंधित चरित्र बरकरार रहता है। इन प्रतिक्रियाओं को इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं एस ई कहा जाता है।
एरेन्स के लिए अतिरिक्त प्रतिक्रियाएं कम विशिष्ट होती हैं, क्योंकि वे सुगंधितता का उल्लंघन करती हैं; सुगंधित हाइड्रोकार्बन कठिनाई के साथ ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं।
1. इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं (एस ई)
जब एक इलेक्ट्रोफिलिक कण बेंजीन रिंग के π-इलेक्ट्रॉन सिस्टम पर हमला करता है, तो इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप एक अस्थिर π-कॉम्प्लेक्स बनता है:
इसके बाद, इलेक्ट्रोफाइल बेंजीन रिंग के सुगंधित सेक्सेट से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को "चीर" देता है और इसके और कार्बन परमाणुओं में से एक के बीच एक σ बंधन बनता है। इस प्रकार, बेंजीन रिंग की सुगंध बाधित हो जाती है, और एक कार्बोकेशन, एक σ-कॉम्प्लेक्स बनता है।
σ-कॉम्प्लेक्स में धनात्मक आवेश के विस्थानीकरण को अनुनाद संरचनाओं (I-111) का उपयोग करके दर्शाया जा सकता है:
σ-कॉम्प्लेक्स का निर्माण प्रतिक्रिया का सबसे उच्च-ऊर्जा चरण है, जो इसकी दर निर्धारित करता है। σ-कॉम्प्लेक्स स्थिर नहीं है; यह इलेक्ट्रोफाइल से बंधे कार्बन परमाणु से एक प्रोटॉन को अलग करता है, जिससे बेंजीन रिंग की सुगंध बहाल हो जाती है।
सबसे महत्वपूर्ण एस ई प्रतिक्रियाओं में नाइट्रेशन, सल्फोनेशन, हैलोजनेशन, एल्किलेशन और एसाइलेशन शामिल हैं।
1. नाइट्रेशन. सांद्र नाइट्रिक एसिड या सांद्र नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड (नाइट्रेटिंग मिश्रण) का मिश्रण अक्सर नाइट्रेटिंग एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है:
प्रतिक्रिया में हमलावर इलेक्ट्रोफिलिक कण नाइट्रोनियम आयन N0 2 + है, जो नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड के बीच एसिड-बेस इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप बनता है, जहां नाइट्रिक एसिड आधार की भूमिका निभाता है:
नाइट्रोनियम आयन बेंजीन नाभिक के π-इलेक्ट्रॉन प्रणाली पर हमला करता है। प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप नाइट्रोबेसोल बनता है।
2. सल्फोनेशन बेंजीन रिंग में हाइड्रोजन परमाणु को सल्फोनिक समूह - S0 3 H के साथ बदलने की प्रक्रिया है। बेंजीन और उसके समरूपों को सल्फोनेट करने के लिए, केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड या ओलियम (सल्फ्यूरिक एसिड में सल्फर ट्राइऑक्साइड S0 3 का एक समाधान) का उपयोग किया जाता है। :
एरेन्स के सल्फोनेशन के तंत्र की विशेषताओं का पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है। हालाँकि, प्रायोगिक डेटा यह संकेत देता है। कि हमलावर इलेक्ट्रोफिलिक कण सल्फर ट्राइऑक्साइड SO3 है
3. हलोजनीकरण। बेंजीन और इसके समरूप क्लोरीनयुक्त, ब्रोमिनेटेड और आयोडीन युक्त होते हैं। बेंजीन रिंग में हाइड्रोजन परमाणु का क्लोरीन या ब्रोमीन परमाणु से प्रतिस्थापन उत्प्रेरक - लुईस एसिड (AlCl 3, FeBr 3, ZnCl 2, आदि) की उपस्थिति में किया जाता है:
उत्प्रेरक के प्रभाव में, हैलोजन अणु ध्रुवीकृत होता है। हमलावर इलेक्ट्रोफिलिक कण या तो लुईस एसिड के साथ ध्रुवीकृत हैलोजन अणु का एक जटिल है, या इस परिसर के आयनीकरण के दौरान गठित हैलोजन धनायन है:
4. फ्रीडेल-क्राफ्ट्स एल्किलेशन। एक सुगंधित यौगिक के अणु में एक एल्काइल समूह को पेश करने के लिए, हैलोऐल्केन का उपयोग अक्सर इलेक्ट्रोफिलिक अभिकर्मकों के रूप में किया जाता है। अंतःक्रिया उत्प्रेरक की उपस्थिति में होती है - लुईस एसिड:
हमलावर इलेक्ट्रोफिलिक कण एक कार्बोकेशन है, जो एक अल्काइलेटिंग एजेंट और उत्प्रेरक की बातचीत के दौरान बनता है:
एरेन्स के एल्किलेशन के लिए, अल्कोहल का भी उपयोग किया जा सकता है (प्रतिक्रियाएं लुईस एसिड या खनिज एसिड - एच 3 पी 0 4, एच 2 एस 0 4) या एल्केनीज़ की उपस्थिति में होती हैं (इस मामले में, एल्किलेशन के लिए लुईस एसिड और एक खनिज की उपस्थिति की आवश्यकता होती है) प्रोटॉन के स्रोत के रूप में एसिड)।
एल्काइलेशन प्रतिक्रिया का तंत्र नाइट्रेशन, सल्फोनेशन और हैलोजनेशन की प्रतिक्रियाओं के समान है।
5. फ्रीडेल के अनुसार एसाइलेशन - शिल्प। एसाइलेशन एक कार्बनिक यौगिक के अणु में एक एसाइल समूह को शामिल करने की प्रक्रिया है।
बेंजीन और उसके समजातों का एसाइलेशन आमतौर पर लुईस एसिड की उपस्थिति में कार्बोक्जिलिक एसिड हैलाइड के साथ किया जाता है:
बेंजीन रिंग पर हमला करने वाला इलेक्ट्रोफाइल या तो एक एसाइलियम आयन या उत्प्रेरक के साथ एक एसाइल हैलाइड कॉम्प्लेक्स है
एसाइल समूह को पेश करने के लिए कार्बोक्जिलिक एसिड एनहाइड्राइड का भी उपयोग किया जा सकता है।
द्वितीय.अतिरिक्त प्रतिक्रियाएँ
अतिरिक्त प्रतिक्रियाएं एरेन्स के लिए विशिष्ट नहीं हैं; वे कठोर परिस्थितियों में होती हैं।
/. हाइड्रोजनीकरण. ऊंचे तापमान और दबाव पर, उत्प्रेरक (बारीक-छिद्र निकल - रेनी निकल) की उपस्थिति में, बेंजीन और इसके समरूप तीन हाइड्रोजन अणु जोड़ते हैं:
आंशिक हाइड्रोजनीकरण उत्पादों के निर्माण के चरण में प्रतिक्रिया को रोकना असंभव है, क्योंकि वे बेंजीन की तुलना में अधिक आसानी से हाइड्रोजनीकृत होते हैं।
2. क्लोरीनीकरण. तेज़ धूप या पराबैंगनी विकिरण के संपर्क में आने पर, बेंजीन क्लोरीन के साथ मिल जाता है। प्रतिक्रिया हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन के निर्माण के साथ एक कट्टरपंथी तंत्र द्वारा आगे बढ़ती है:
तृतीय.ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएँ
1. बेंजीन रिंग का ऑक्सीकरण. बेंजीन रिंग ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति प्रतिरोधी है। सामान्य परिस्थितियों में, न तो पोटेशियम परमैंगनेट, न ही नाइट्रिक एसिड, न ही क्रोमियम (VI) ऑक्साइड, न ही अन्य मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट बेंजीन का ऑक्सीकरण करते हैं। कठोर परिस्थितियों में, उदाहरण के लिए, वैनेडियम ऑक्साइड (वी 2 0 5) की उपस्थिति में वायुमंडलीय ऑक्सीजन के प्रभाव में, 400-500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, बेंजीन रिंग ऑक्सीकृत हो जाती है, जिससे मैलिक एनहाइड्राइड बनता है:
2. बेंजीन होमोलॉग का ऑक्सीकरण। अप्रतिस्थापित बेंजीन के विपरीत, एल्काइलबेन्ज़ीन अधिक आसानी से ऑक्सीकृत होते हैं। इस मामले में, मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों (KMn0 4, K 2 Cr 2 0 7, आदि) की कार्रवाई के तहत, साइड चेन ऑक्सीकरण से गुजरती हैं:
प्रतिक्रिया उत्पाद सुगंधित कार्बोक्जिलिक एसिड होते हैं। बेंजीन रिंग में प्रत्येक एल्काइल रेडिकल, कार्बन श्रृंखला की लंबाई की परवाह किए बिना, एक कार्बोक्सिल समूह में ऑक्सीकृत हो जाता है।
3. ओजोनेशन। एल्केन्स की तरह, बेंजीन और इसके समरूप ओजोन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे अतिरिक्त उत्पाद बनते हैं - ट्रायोज़ोनाइड्स:
ट्रायोज़ोनाइड्स विस्फोटक हैं। ये तैलीय तरल पदार्थ हैं, वे अस्थिर हैं और नमी के प्रभाव में वे डाइकारबोनील यौगिकों और उनके आगे ऑक्सीकरण के उत्पादों - डाइकारबॉक्सिलिक एसिड के निर्माण के साथ नष्ट हो जाते हैं।
बेंजीन रिंग में अभिविन्यास के नियम
एक अप्रतिस्थापित बेंजीन अणु में, इलेक्ट्रॉन घनत्व समान रूप से वितरित होता है, इसलिए इलेक्ट्रोफिलिक अभिकर्मक छह कार्बन परमाणुओं में से किसी पर भी समान रूप से हमला कर सकता है।
यदि बेंजीन रिंग में कोई प्रतिस्थापन होता है, तो इसके प्रभाव में π-इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण होता है और नया प्रतिस्थापन मौजूदा के संबंध में कुछ स्थितियों में प्रवेश करता है।
इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की दिशा और बेंजीन रिंग की प्रतिक्रियाशीलता पर उनके प्रभाव के आधार पर, प्रतिस्थापनों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है - पहले प्रकार के प्रतिस्थापन (ऑर्थो-, पैरा-ओरिएंटेंट्स) और दूसरे प्रकार के प्रतिस्थापन (मेटा-ओरिएंटेंट्स) ).
पहले प्रकार के पदार्थ परमाणु और परमाणु समूह हैं जो सकारात्मक प्रेरक (+/) या सकारात्मक मेसोमेरिक (+एम) प्रभाव (इलेक्ट्रॉन दाता) प्रदर्शित करते हैं:
पहली तरह के पदार्थ (हैलोजन के अपवाद के साथ) बेंजीन रिंग में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं, जिससे यह एसई प्रतिक्रियाओं में सक्रिय होता है और निम्नलिखित पदार्थों को ऑर्थो और पैरा स्थितियों में निर्देशित करता है।
दूसरे प्रकार के प्रतिस्थापन समूह नकारात्मक प्रेरक (-1) या नकारात्मक मेसोमेरिक (-एम) प्रभाव (इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता) प्रदर्शित करने वाले समूह हैं:
दूसरे प्रकार के पदार्थ बेंजीन रिंग में इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं और अप्रतिस्थापित बेंजीन की तुलना में एसई प्रतिक्रियाओं की दर को कम करते हैं। नए आने वाले प्रतिस्थापन को मुख्य रूप से मेटा स्थिति की ओर निर्देशित किया जाता है।
तीसरे प्रतिस्थापन को पेश करते समय, बेंजीन रिंग में पहले से मौजूद दो की प्रकृति को ध्यान में रखना आवश्यक है।
तापमान रेंज (-40) - (-20) डिग्री सेल्सियस में विभिन्न सुगंधित यौगिकों के साथ ओजोन की प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया दर के संदर्भ में द्वि-आणविक कानून का पालन करती हैं। बेंजीन के लिए प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा 50 kJ/mol है, और माध्यम की बढ़ती ध्रुवता के साथ या एसिड उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्रक्रिया की दर बहुत बढ़ जाती है।
आइए हम t = 20°C पर CCl4 में सुगंधित हाइड्रोकार्बन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया के कुछ गतिज मापदंडों पर डेटा प्रस्तुत करें और प्रारंभिक ओजोन सांद्रता O3 = 10-4¸10-6 mol/l, क्रमशः स्टोइकोमेट्रिक गुणांक; दर स्थिरांक - k, l/mol×s; के लिए: बेंजीन - 3; 6×10-2; नेफ़थलीन - 2; 2.4; फेनेंथ्रीन - 1; 0.8×102; पाइरीन - 2; 0.8×102; पॉलीनैफ्थेलीन - 1.6×103; एन्थ्रेसीन - 3; 5×103 (पहला चरण) और 43 (दूसरा चरण)। पहले ओजोन अणु के शामिल होने के बाद, बेंजीन और नेफ़थलीन के बीच संयुग्मन बाधित हो जाता है और बाद की प्रतिक्रियाएं अधिक आसानी से होती हैं। ओजोन के साथ विभिन्न यौगिकों की प्रतिक्रियाओं के दर स्थिरांक की तुलना से पता चलता है कि सुगंधित यौगिक ओलेफिन की तुलना में बहुत धीमी गति से प्रतिक्रिया करते हैं, और प्रतिक्रिया दर स्थिरांक श्रृंखला में बढ़ते हैं: बेंजीन< нафталин < фенантрен < пирен < антрацен. Озониды бензола и нафталина - вступают в характерные реакции с HI, NaOH, NH2OH·HCl, подвергаются термическому разложению с образованием пары: альдегид + кислота, а также способны к образованию полимеров.
पड़ोसी सी = सी बांड की प्रतिक्रियाओं की दिशा पर पहले से जोड़े गए ओजोन के संभावित आगमनात्मक प्रभाव का आकलन नेफ़थलीन मेथॉक्सीहाइड्रोपरॉक्साइड के अपघटन उत्पादों की संरचना के आधार पर माना जा सकता है: गर्म होने पर, मध्यवर्ती उत्पाद क्रमशः मिथाइल एस्टर में परिवर्तित हो जाते हैं। फ़ेथलिक एसिड सेमियाल्डिहाइड और डाइमिथाइल फ़ेथलेट, और मध्यवर्ती उत्पादों के मिश्रण में 80% तक होता है। इस प्रकार, पिछले प्रतिक्रिया अधिनियम में गठित ओजोनाइड चक्र का प्रेरक प्रभाव पहले ओजोन अणु के लगाव के स्थल से सबसे दूर कार्बन परमाणु पर द्विध्रुवी आयन के अधिमान्य गठन में प्रकट होता है।
सुगंधित वलय को प्रभावित किए बिना ओजोन की प्रतिक्रियाएं सुप्रसिद्ध सिद्धांत पर आधारित होती हैं कि ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में या मुक्त कणों के हमलों के दौरान, पदार्थ सुगंधित वलय की तुलना में अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए, CH3 प्रतिस्थापकों की श्रृंखला में प्रतिस्थापित बेंजीन के लिए दर स्थिरांक< CH3-CH2 < (CH3)2 CH - растут симбатно с увеличением числа реакционноспособных атомов водорода в заместителе и уменьшением прочности C-H связи.
प्रतिस्थापित एल्काइल सुगंधित यौगिक ओजोन के साथ दो तरह से प्रतिक्रिया कर सकते हैं: एक श्रृंखला ऑक्सीकरण तंत्र के माध्यम से हाइड्रोपरॉक्साइड के गठन के साथ और ओजोनाइड के गठन के साथ। इसके अलावा, पहली दिशा प्रमुख है, दूसरी नहीं। एक कट्टरपंथी तंत्र द्वारा आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया की पुष्टि तीव्र केमिलुमिनसेंस द्वारा की जाती है जो तब होती है जब ओजोन को एल्काइलबेन्ज़ेन के माध्यम से पारित किया जाता है, जो एक दूसरे के साथ पेरोक्साइड रेडिकल की बातचीत के कारण होता है।
जब ओजोन एन्थ्रेसीन पर कार्य करता है, तो मुख्य प्रतिक्रिया उत्पाद एन्थ्राक्विनोन होता है, जिसकी मात्रा 20÷80% के बीच भिन्न होती है, और एन्थ्राक्विनोन की उपज विलायक की प्रकृति, एसिटिक एसिड में वृद्धि और सीसीएल 4 में गिरावट पर निर्भर करती है। दूसरा उत्पाद (18÷67% की उपज के साथ) फ़ेथलिक एसिड - C6H5(COOH)2 है, और 4,3-नेफ़थैलेनेडाइकारबॉक्सिलिक एसिड - C12H10(COOH)2 की उपज (6÷8)% है। यह ज्ञात है कि एन्थ्रेसीन ऑक्सीजन द्वारा आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे उच्च उपज में एन्थ्राक्विनोन बनता है। ओजोन के साथ पॉली कार्बोनेट और एल्काइल एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन के ऑक्सीकरण के दौरान एक ही प्रकार की प्रक्रियाएं देखी जाती हैं।
इस प्रकार, सुगंधित हाइड्रोकार्बन के साथ ओजोन की प्रतिक्रियाओं में, सुगंधित नाभिक के सी = सी बांड में ओजोन के दो प्रकार के योग का पता लगाया जाता है: 1) ओजोन अणु के सभी तीन ऑक्सीजन बरकरार रहते हैं और ओजोनाइड बनते हैं, जिनमें बहुत कुछ होता है ओलेफिन ओजोनाइड्स के साथ आम; 2) नए यौगिक के अणु में तीन में से एक परमाणु बरकरार रहता है।
सुगंधित हाइड्रोकार्बन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया का उपयोग निम्नलिखित संश्लेषणों में किया जा सकता है:
1) फेनेंथ्रीन से डिफेनिक एसिड प्राप्त करना:
2) नेफ़थलीन के साथ पांच संभावित ओजोन अणुओं में से पहले दो को जोड़कर फ़ेथलिक डायल्डिहाइड और फ़ेथलिक एसिड (एएस 240700 यूएसएसआर, 1969, बीआई नंबर 13) प्राप्त करना, जिसके बाद प्रतिक्रिया बहुत धीमी हो जाती है:
3) प्रतिक्रिया के अनुसार निम्न समरूप - बेंजीन के आधार पर ग्लाइऑक्सैलिक एसिड (एएस 235759 यूएसएसआर, 1969, बीआई नंबर 6) प्राप्त करना:
1.6. एमाइन, सल्फर और ऑर्गेनोलेमेंट यौगिकों के साथ ओजोन की प्रतिक्रियाएं,
साथ ही पॉलिमर
जब ओजोन एमाइन के साथ प्रतिक्रिया करता है, उदाहरण के लिए, तृतीयक, तो उच्च उपज वाले एमाइन ऑक्साइड (पेटेंट 437566 इंग्लैंड, 1935) बनते हैं, साथ ही नाइट्रॉक्सिल रेडिकल और अन्य यौगिक (जो O3 से रबर के विनाश के संशोधक और अवरोधक के रूप में उपयोग किए जाते हैं) ). तृतीयक, द्वितीयक और प्राथमिक एमाइन के साथ O3 की अन्योन्यक्रिया के लिए प्रतिक्रिया योजनाएँ जटिल हैं और इनमें कई समानांतर और अनुक्रमिक प्रतिक्रियाएँ शामिल हैं। उदाहरण के लिए, क्लोरोफॉर्म में ट्रिब्यूटाइलमाइन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप 40 से अधिक मध्यवर्ती और अंतिम प्रतिक्रिया उत्पाद जारी हुए। एमाइन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया की गतिकी द्विआणविक नियम का पालन करती है और विलायक की प्रकृति पर निर्भर करती है।
I. तृतीयक ऐमीन के साथ O3 की अंतःक्रिया को निम्नलिखित योजना द्वारा दर्शाया गया है:
1) R3N: + O=O+-O–→ R3N+-O-O-O– (O3 को एक उत्पाद बनाने के लिए एमाइन में मिलाया जाता है, जो एल्डिहाइड के साथ O3 की प्रतिक्रिया के समान है, कई बांडों के साथ संतृप्त हाइड्रोकार्बन);
2) R3N+-O-OO–→ R3N → O + O2; (अमीन ऑक्साइड का निर्माण);
3) R2N-(O-O-O-)-C(H2)-RI®R2N=CH-(HO-O-O-)-R®R2N-CHOHRI + O2 (या R2N-CH(-O-O-OH)-RI) (होता है) प्रतिस्थापकों का ऑक्सीकरण)।
क्लोरीनयुक्त हाइड्रोकार्बन और अल्कोहल (CCl4, क्लोरोफॉर्म, मेथिलीन क्लोराइड) के रूप में सॉल्वैंट्स में अमीन ऑक्साइड की उपज अधिकतम होती है। इसके अलावा, प्रतिक्रिया तापमान को कम करना (<25 ºС) благоприятно сказывается на выходе оксидов аминов. Использование n-пентана уменьшает выход почти в 10 раз. Например, при озонировании трибутиламина в метаноле образуются (в %): (C4H9)3N → 0÷53; C4H9N=CH-C3H7 → 2; C4H9NCH=0 → 3; C4H9NCH=CHC2H5 → 11; (C4H9)2NH → 9; C4H9NCOC3H7 → 6.
द्वितीय. द्वितीयक एमाइन के साथ O3 की प्रतिक्रिया से नाइट्रॉक्साइड रेडिकल्स का निर्माण होता है, जो एमाइन की संरचना के आधार पर, मुख्य प्रतिक्रिया उत्पाद हो सकते हैं या ध्यान देने योग्य मात्रा में मौजूद हो सकते हैं। एरोमैटिक एमाइन और एन-फेनिलिनेडियम डेरिवेटिव विशेष रूप से आसानी से नाइट्रोक्सिल रेडिकल बनाते हैं। उदाहरण के लिए, ट्राइएसिटोनमाइन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप नाइट्रोक्सिल रेडिकल (2,2,6,6-टेट्रोमिथाइल-4-ऑक्सोपाइपरिडोक्सिल) होता है, अत्यधिक स्थिर होती है और कमरे के तापमान पर बिना किसी उल्लेखनीय परिवर्तन के महीनों तक बनी रहती है। अधिकांश सुगंधित एमाइन एंटीओजोनेंट होते हैं और रबर उत्पादों को ओजोन उम्र बढ़ने से बचाने के लिए उपयोग किया जाता है।
द्वितीयक एमाइन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया को निम्नलिखित योजना के अनुसार दर्शाया जा सकता है (पेंटेन में डी-टर्ट-ब्यूटाइलमाइन पर O3 का प्रभाव, t = -120 ºС पर):
तृतीय. प्राथमिक एमाइन के साथ ओजोन की अन्योन्यक्रिया के मुख्य उत्पाद नाइट्रो यौगिक और अमोनियम क्षार हैं। उनकी सापेक्ष सामग्री मुख्य रूप से विलायक की प्रकृति पर निर्भर करती है। हाइड्रोकार्बन से क्लोरीन युक्त सॉल्वैंट्स में जाने पर, नाइट्रो यौगिकों की उपज कम हो जाती है, लेकिन अमोनियम लवण की उपज बढ़ जाती है, यानी विलायक अणु प्रतिक्रिया में शामिल होता है।
प्राथमिक अमीन के साथ O3 की अंतःक्रिया योजना को आम तौर पर समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:
C4H9NH2 + O3 → C4H9NO2 + O2.
अंतिम नाइट्रो यौगिक के निर्माण के लिए 3 ओजोन अणुओं की खपत की आवश्यकता होती है। तुलना के लिए, जलीय घोल (k = 39 l/mol) में अमोनिया के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया की दर स्थिरांक एमाइन की तुलना में काफी कम है (उदाहरण के लिए, एनिलिन के लिए - k = 2.5 · 103 t = 20 ºC पर)।
ट्रिब्यूटिलथियोरिया और ओजोन के साथ इसके एनालॉग्स की प्रतिक्रिया के मुख्य चरणों को एक सरलीकृत आरेख द्वारा दर्शाया जा सकता है:
नाइट्रॉक्सिल रेडिकल सबसे आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। ओजोन के 1 मोल को अवशोषित करके, वे मुख्य रूप से नाइट्रो यौगिकों में परिवर्तित हो जाते हैं।
जब ओजोन सल्फर यौगिकों के साथ प्रतिक्रिया करता है, उदाहरण के लिए, सल्फाइड (आर-(-एस-)एन-आर), थायोरेस और थियोसेमीकार्बासाइड्स (आर-(आर)-सी=एस), तो प्रतिक्रियाएं मुख्य रूप से सल्फर परमाणु पर होती हैं। डाइसल्फ़ाइड और पॉलीसल्फाइड के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए कार्बन टेट्राक्लोराइड में एक घोल का उपयोग किया जाता है। इस मामले में, प्रारंभिक सल्फाइड ओजोन के साथ काफी आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं, जिसकी दर स्थिर k = 103 l/mol s है, जो फिनोल के करीब है और एल्काइल पदार्थों में -CH2- समूह के ऑक्सीकरण की दर से काफी अधिक है। प्रतिक्रिया के पहले चरण का मुख्य उत्पाद सल्फ़ोक्साइड (=S=O) है, जिसे बाद में सल्फ़ोन (=S(=O)2) में ऑक्सीकृत किया जा सकता है, लेकिन बहुत कम दर पर (50÷100 बार)। डाइमिथाइल सल्फाइड (CH3-S-CH3) के उदाहरण का उपयोग करके सल्फाइड के साथ ओजोन की परस्पर क्रिया के लिए दर स्थिरांक - 1.5 · 103 l/mol s, जबकि सल्फर (S8) - 5.5 और एथिल अल्कोहल (CH3CH2OH) - 10. इसके अलावा , श्रृंखला में कार्बनिक सल्फर यौगिकों की प्रतिक्रियाशीलता में कमी आई है: आर-एस-आर, आर-(एस)2-आरएस8।
ओजोन ऑर्गेनोलेमेंट यौगिकों के साथ भी परस्पर क्रिया करता है, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन:
(C2H5)3Si-CH2-CH3+O3 ® (C2H5)3Si-CH-(OO·)-CH3 + OH·®(C2H5)3SiOOH + O=CH-CH3
या दूसरी प्रतिक्रिया के अनुसार: ® (C2H5)3Si-(-O-O-O)-CH2 ® (C2H5)3SiO2 + OOCH2CH3.
जब ओजोन बहुलक सामग्रियों पर कार्य करता है, तो मैक्रोमोलेक्यूल की मुख्य श्रृंखला (उदाहरण के लिए, रबर) में सी = सी बांड वाले इलास्टोमर्स पर विशेष रूप से मजबूत प्रभाव पड़ता है। जब O3 संतृप्त हाइड्रोकार्बन श्रृंखला वाले पॉलिमर पर कार्य करता है, विशेष रूप से उनके समाधानों पर (CCl4 में t = 20 ºC पर), आणविक भार में गिरावट और ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों (एसिड, कीटोन और पेरोक्साइड) का संचय देखा जाता है। मुख्य श्रृंखला में फिनाइल रिंग वाले पॉलिमर ओजोन के साथ सबसे धीमी गति से प्रतिक्रिया करते हैं, जबकि पॉलीसाइक्लिक (पॉलीनैफ्थिलीन, पॉलीएट्रैसीन) या हेटरोएटम (पॉलीकार्बोनेट) वाले पॉलिमर अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। संतृप्त हाइड्रोकार्बन श्रृंखला वाले पॉलिमर की एक श्रृंखला में, पॉलीआइसोब्यूटिलीन से पॉलीविनाइलसाइक्लोहेक्सेन तक प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है, जबकि श्रृंखला टूटने की संख्या में कमी देखी जाती है। पॉलीब्यूटाडाइन और पॉलीआइसोप्रीन में सबसे बड़ा दर स्थिरांक होता है और उनमें प्रति प्रतिक्रिया घटना में टूटने की संख्या भी सबसे कम होती है। कुछ पॉलिमर सामान्य सॉल्वैंट्स (जैसे पॉलीथीन) में अघुलनशील होते हैं। ओजोनेशन पॉलीस्टाइनिन के थर्मल-ऑक्सीडेटिव विनाश की योजना से भिन्न होता है जिसमें कम तापमान और कट्टरपंथी गठन की उच्च दर ऐसी स्थितियां पैदा करती है जिसमें प्रतिक्रिया संतुलन में श्रृंखला प्रक्रियाओं का हिस्सा 15-20% होता है, और उत्पादों का मुख्य भाग बनता है पेरोक्सी रेडिकल्स के अपघटन के दौरान। एसिड प्रतिक्रिया उत्पादों का एक छोटा सा हिस्सा बनाते हैं और फेनॉक्सी रेडिकल्स या उनके परिवर्तनों के उत्पादों के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप और सुगंधित ओजोनाइड्स के विनाश के परिणामस्वरूप दोनों का गठन किया जा सकता है। अन्य पॉलिमर (पॉलीइथाइलीन, पॉलीविनाइलसाइक्लोहेक्सेन) पर ओजोन का प्रभाव पेरोक्साइड रेडिकल्स के निर्माण के साथ होता है। O3 (उदाहरण के लिए, रबर) के प्रभाव में असंतृप्त पॉलिमर का विनाश मोनोमर्स के समान होता है, अर्थात, C=C बांड के साथ।
OZONE O3 (ग्रीक ओजोन-महक से) ऑक्सीजन का एक एलोट्रोपिक संशोधन है जो एकत्रीकरण के सभी तीन राज्यों में मौजूद हो सकता है। ओजोन एक अस्थिर यौगिक है, और कमरे के तापमान पर भी यह धीरे-धीरे आणविक ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है, लेकिन ओजोन एक कट्टरपंथी नहीं है।
भौतिक गुण
आणविक भार = 47.9982 ग्राम/मोल। 1 एटीएम और 29 डिग्री सेल्सियस के दबाव पर ओजोन गैस का घनत्व 2.144 10-3 ग्राम/सेमी3 होता है।
ओजोन एक विशेष पदार्थ है. यह बेहद अस्थिर है और बढ़ती एकाग्रता के साथ, सामान्य योजना के अनुसार आसानी से अनुपातहीन हो जाता है: 2O3 -> 3O2। गैसीय रूप में, ओजोन का रंग नीला होता है, जो तब ध्यान देने योग्य होता है जब हवा में 15-20% ओजोन होता है।
सामान्य परिस्थितियों में ओजोन एक तीखी गंध वाली गैस है। बहुत कम सांद्रता पर, ओजोन की गंध सुखद रूप से ताज़ा मानी जाती है, लेकिन जैसे-जैसे सांद्रता बढ़ती है, यह अप्रिय हो जाती है। जमे हुए कपड़े धोने की गंध ओजोन की गंध है। इसकी आदत डालना आसान है.
इसकी मुख्य मात्रा तथाकथित "ओजोन बेल्ट" में 15-30 किमी की ऊंचाई पर केंद्रित है। पृथ्वी की सतह पर, ओजोन की सांद्रता बहुत कम है और जीवित प्राणियों के लिए बिल्कुल सुरक्षित है; एक राय यह भी है कि इसकी पूर्ण अनुपस्थिति भी व्यक्ति के प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव डालती है।
लगभग 10 एमएसी की सांद्रता पर, ओजोन बहुत अच्छी तरह से महसूस होता है, लेकिन कुछ मिनटों के बाद यह एहसास लगभग पूरी तरह से गायब हो जाता है। इसके साथ काम करते समय इसे अवश्य ध्यान में रखना चाहिए।
हालाँकि, ओजोन पृथ्वी पर जीवन के संरक्षण को भी सुनिश्चित करता है, क्योंकि ओजोन परत जीवित जीवों और पौधों के लिए 300 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य के साथ सूर्य के पराबैंगनी विकिरण के सबसे विनाशकारी हिस्से को बरकरार रखती है, और CO2 के साथ, पृथ्वी के अवरक्त विकिरण को अवशोषित करती है, जिससे इसे ठंडा होने से रोका जा सकता है।
ओजोन ऑक्सीजन की तुलना में पानी में अधिक घुलनशील है। पानी में, ओजोन गैस चरण की तुलना में बहुत तेजी से विघटित होता है, और अशुद्धियों, विशेष रूप से धातु आयनों की उपस्थिति, अपघटन की दर पर बहुत बड़ा प्रभाव डालती है।
चित्र .1। 20°C के तापमान पर विभिन्न प्रकार के पानी में ओजोन का अपघटन (1 - बिडिस्टिलेट; 2 - डिस्टिलेट; 3 - नल का पानी; 4 - फ़िल्टर किया हुआ झील का पानी)
ओजोन सिलिका जेल और एल्यूमीनियम जेल द्वारा अच्छी तरह से अवशोषित होता है। ओजोन के आंशिक दबाव पर, उदाहरण के लिए 20 मिमी एचजी। कला।, और 0°C पर सिलिका जेल वजन के अनुसार लगभग 0.19% ओजोन को अवशोषित करता है। कम तापमान पर, सोखना काफ़ी कमज़ोर हो जाता है। अधिशोषित अवस्था में ओजोन बहुत स्थिर होती है। ओजोन की आयनीकरण क्षमता 12.8 eV है।
ओजोन के रासायनिक गुण
वे दो मुख्य विशेषताओं द्वारा प्रतिष्ठित हैं - अस्थिरता और ऑक्सीकरण क्षमता। छोटी सांद्रता में हवा के साथ मिश्रित होने पर, यह अपेक्षाकृत धीरे-धीरे विघटित होता है, लेकिन जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, इसका अपघटन तेज हो जाता है और 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर यह बहुत तेज हो जाता है।
हवा में NO2, सीएल की उपस्थिति, साथ ही धातु ऑक्साइड - चांदी, तांबा, लोहा, मैंगनीज का उत्प्रेरक प्रभाव - ओजोन के अपघटन को तेज करता है। ओजोन में ऐसे मजबूत ऑक्सीकरण गुण होते हैं क्योंकि ऑक्सीजन परमाणुओं में से एक इसके अणु से बहुत आसानी से अलग हो जाता है। आसानी से ऑक्सीजन में परिवर्तित हो जाता है।
ओजोन सामान्य तापमान पर अधिकांश धातुओं का ऑक्सीकरण करता है। ओजोन के अम्लीय जलीय घोल काफी स्थिर होते हैं; क्षारीय घोल में ओजोन जल्दी नष्ट हो जाता है। परिवर्तनशील संयोजकता वाली धातुएँ (Mn, Co, Fe, आदि), कई ऑक्साइड, पेरोक्साइड और हाइड्रॉक्साइड ओजोन को प्रभावी ढंग से नष्ट कर देते हैं। अधिकांश धातु सतहों को धातु की उच्चतम संयोजकता अवस्था में ऑक्साइड फिल्म से लेपित किया जाता है (उदाहरण के लिए, PbO2, AgO या Ag2O3, HgO)।
ओजोन सोने और प्लैटिनम समूह की धातुओं को छोड़कर सभी धातुओं का ऑक्सीकरण करता है, अधिकांश अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करता है, हाइड्रोजन हेलाइड्स (एचएफ को छोड़कर) को विघटित करता है, निचले ऑक्साइड को उच्च ऑक्साइड में परिवर्तित करता है, आदि।
यह सोना, प्लैटिनम, इरिडियम, 75%Fe + 25%Cr मिश्र धातु का ऑक्सीकरण नहीं करता है। यह ब्लैक लेड सल्फाइड PbS को सफेद सल्फेट PbSO4, आर्सेनिक एनहाइड्राइड As2O3 को आर्सेनिक एनहाइड्राइड As2O5 आदि में परिवर्तित करता है।
परिवर्तनशील संयोजकता (एमएन, सीआर और सीओ) के धातु आयनों के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया ने हाल के वर्षों में रंगों, विटामिन पीपी (आइसोनिकोटिनिक एसिड) आदि के लिए मध्यवर्ती पदार्थों के संश्लेषण के लिए व्यावहारिक अनुप्रयोग पाया है। अम्लीय में मैंगनीज और क्रोमियम लवण का मिश्रण ऑक्सीकरण योग्य यौगिक (उदाहरण के लिए, मिथाइलपाइरीडीन) युक्त घोल ओजोन द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं। इस मामले में, Cr3+ आयन Cr6+ में बदल जाते हैं और मिथाइलपाइरीडीन को केवल मिथाइल समूहों में ऑक्सीकरण करते हैं। धातु लवणों की अनुपस्थिति में मुख्य रूप से सुगंधित कोर नष्ट हो जाता है।
ओजोन वायुमंडल में मौजूद कई गैसों के साथ भी प्रतिक्रिया करती है। हाइड्रोजन सल्फाइड H2S, जब ओजोन के साथ संयुक्त होता है, तो मुक्त सल्फर छोड़ता है, सल्फर डाइऑक्साइड SO2 सल्फर डाइऑक्साइड SO3 में बदल जाता है; नाइट्रस ऑक्साइड N2O - ऑक्साइड NO में, नाइट्रोजन ऑक्साइड NO तेजी से NO2 में ऑक्सीकृत हो जाता है, बदले में NO2 भी ओजोन के साथ प्रतिक्रिया करता है, और अंततः N2O5 बनता है; अमोनिया NH3 - नाइट्रोजन-अमोनिया नमक NH4NO3 में।
अकार्बनिक पदार्थों के साथ ओजोन की सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं में से एक पोटेशियम आयोडाइड का अपघटन है। ओजोन के मात्रात्मक निर्धारण के लिए इस प्रतिक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
कुछ मामलों में ओजोन ठोस पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके ओजोनाइड बनाता है। क्षार धातुओं और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के ओजोनाइड्स को अलग किया गया है: स्ट्रोंटियम, बेरियम, और संकेतित श्रृंखला में उनका स्थिरीकरण तापमान बढ़ता है; Ca(O3) 2 238 K पर स्थिर है, Ba(O3) 2 273 K पर स्थिर है। ओजोनाइड्स विघटित होकर सुपरऑक्साइड बनाते हैं, उदाहरण के लिए NaO3 -> NaO2 + 1/2O2। कार्बनिक यौगिकों के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया के दौरान विभिन्न ओजोनाइड भी बनते हैं।
ओजोन कई कार्बनिक पदार्थों, संतृप्त, असंतृप्त और चक्रीय हाइड्रोकार्बन का ऑक्सीकरण करता है। विभिन्न सुगंधित हाइड्रोकार्बन के साथ ओजोन के प्रतिक्रिया उत्पादों की संरचना पर कई कार्य प्रकाशित किए गए हैं: बेंजीन, ज़ाइलीन, नेफ़थलीन, फेनेंथ्रीन, एन्थ्रेसीन, बेंज़ैन्थ्रेसीन, डिपेनिलमाइन, क्विनोलिन, ऐक्रेलिक एसिड, आदि। यह इंडिगो और कई अन्य कार्बनिक रंगों को ख़राब करता है, जिसका उपयोग कपड़ों को ब्लीच करने के लिए भी किया जाता है।
दोहरे सी=सी बंधन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया दर एकल सी-सी बंधन के साथ ओजोन की प्रतिक्रिया दर से 100,000 गुना तेज है। इसलिए, रबर और रबर मुख्य रूप से ओजोन से प्रभावित होते हैं। ओजोन एक दोहरे बंधन के साथ प्रतिक्रिया करके एक मध्यवर्ती परिसर बनाता है:
यह प्रतिक्रिया 0°C से नीचे के तापमान पर भी काफी तेजी से होती है। संतृप्त यौगिकों के मामले में, ओजोन सामान्य ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया शुरू करता है:
कुछ कार्बनिक रंगों के साथ ओजोन की अंतःक्रिया, जो हवा में ओजोन की उपस्थिति में दृढ़ता से प्रतिदीप्त होती है, दिलचस्प है। ये हैं, उदाहरण के लिए, ईक्रोसिन, राइबोफ्लेविन और ल्यूमिनॉल (ट्रायमिनोफथालहाइड्राज़ाइड), और विशेष रूप से रोडामाइन-बी और, इसके समान, रोडामाइन-सी।
ओजोन के उच्च ऑक्सीकरण गुण, कार्बनिक पदार्थों को नष्ट करना और धातुओं (विशेष रूप से लोहे) को अघुलनशील रूप में ऑक्सीकरण करना, पानी में घुलनशील गैसीय यौगिकों को विघटित करने की क्षमता, ऑक्सीजन के साथ जलीय घोल को संतृप्त करना, पानी में ओजोन का कम प्रतिरोध और आत्म-विनाश मनुष्यों के लिए इसके खतरनाक गुण - यह सब मिलकर ओजोन को घरेलू पानी की तैयारी और विभिन्न अपशिष्ट जल के उपचार के लिए सबसे आकर्षक पदार्थ बनाते हैं।
ओजोन संश्लेषण
ओजोन ऑक्सीजन युक्त गैस वातावरण में बनता है यदि ऐसी स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं जिसके तहत ऑक्सीजन परमाणुओं में विघटित हो जाती है। यह विद्युत निर्वहन के सभी रूपों में संभव है: चमक, चाप, चिंगारी, कोरोना, सतह, अवरोध, इलेक्ट्रोड रहित, आदि। पृथक्करण का मुख्य कारण विद्युत क्षेत्र में त्वरित इलेक्ट्रॉनों के साथ आणविक ऑक्सीजन का टकराव है।
डिस्चार्ज के अलावा, ऑक्सीजन पृथक्करण 240 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य के साथ यूवी विकिरण और विभिन्न उच्च-ऊर्जा कणों के कारण होता है: अल्फा, बीटा, गामा कण, एक्स-रे, आदि। पानी के इलेक्ट्रोलिसिस से भी ओजोन का उत्पादन होता है।
ओजोन निर्माण के लगभग सभी स्रोतों में प्रतिक्रियाओं का एक समूह होता है जिसके परिणामस्वरूप ओजोन का विघटन होता है। वे ओजोन के निर्माण में बाधा डालते हैं, लेकिन वे वास्तव में मौजूद हैं और उन्हें ध्यान में रखा जाना चाहिए। इसमें वॉल्यूम में और रिएक्टर की दीवारों पर थर्मल अपघटन, रेडिकल और उत्तेजित कणों के साथ इसकी प्रतिक्रियाएं, एडिटिव्स और अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रियाएं शामिल हैं जो ऑक्सीजन और ओजोन के संपर्क में आ सकती हैं।
संपूर्ण तंत्र में महत्वपूर्ण संख्या में प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। वास्तविक स्थापनाएं, चाहे वे किसी भी सिद्धांत पर काम करती हों, ओजोन उत्पादन के लिए उच्च ऊर्जा लागत दर्शाती हैं। ओजोन जनरेटर की दक्षता शक्ति के प्रकार पर निर्भर करती है - कुल या सक्रिय - उत्पन्न ओजोन के द्रव्यमान की इकाई की गणना की जाती है।
बैरियर डिस्चार्ज
बैरियर डिस्चार्ज को एक डिस्चार्ज के रूप में समझा जाता है जो दो डाइइलेक्ट्रिक्स या एक डाइइलेक्ट्रिक और एक धातु के बीच होता है। इस तथ्य के कारण कि विद्युत सर्किट ढांकता हुआ द्वारा टूट गया है, बिजली की आपूर्ति केवल प्रत्यावर्ती धारा द्वारा की जाती है। आधुनिक ओजोनाइज़र के समान पहला ओजोनाइज़र 1897 में सीमेंस द्वारा प्रस्तावित किया गया था।
कम आउटपुट पर, ओजोनाइज़र को ठंडा करने की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि उत्पन्न गर्मी ऑक्सीजन और ओजोन के प्रवाह के साथ दूर चली जाती है। औद्योगिक उत्पादन में, ओजोन को आर्क ओजोनाइज़र (प्लास्माट्रॉन), ग्लो ओजोन जेनरेटर (लेजर) और सतह डिस्चार्ज में भी संश्लेषित किया जाता है।
फोटोकैमिकल विधि
पृथ्वी पर प्रकृति में उत्पादित ओजोन का बड़ा हिस्सा फोटोकैमिक रूप से बनता है। व्यावहारिक मानव गतिविधि में, फोटोकैमिकल संश्लेषण विधियां बैरियर डिस्चार्ज संश्लेषण की तुलना में छोटी भूमिका निभाती हैं। उनके उपयोग का मुख्य क्षेत्र ओजोन की मध्यम और निम्न सांद्रता प्राप्त करना है। ऐसी ओजोन सांद्रता की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, जब वायुमंडलीय ओजोन के प्रभाव में दरार के प्रतिरोध के लिए रबर उत्पादों का परीक्षण किया जाता है। व्यवहार में, इस विधि का उपयोग करके ओजोन का उत्पादन करने के लिए पारा और एक्सीमर क्सीनन लैंप का उपयोग किया जाता है।
इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण विधि
इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रियाओं में ओजोन के गठन का पहला उल्लेख 1907 में मिलता है। हालाँकि, आज तक इसके गठन का तंत्र अस्पष्ट है।
आमतौर पर, पर्क्लोरिक या सल्फ्यूरिक एसिड के जलीय घोल का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है; इलेक्ट्रोड प्लैटिनम से बने होते हैं। O18 लेबल वाले एसिड के उपयोग से पता चला है कि वे ओजोन के निर्माण के दौरान अपनी ऑक्सीजन नहीं छोड़ते हैं। इसलिए, सकल आरेख को केवल पानी के अपघटन को ध्यान में रखना चाहिए:
H2O + O2 -> O3 + 2H+ + e-
आयनों या रेडिकल के संभावित मध्यवर्ती गठन के साथ।
आयनकारी विकिरण के प्रभाव में ओजोन का निर्माण
ओजोन प्रकाश या विद्युत क्षेत्र द्वारा ऑक्सीजन अणु के उत्तेजना से जुड़ी प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से बनता है। जब ऑक्सीजन को आयनकारी विकिरण से विकिरणित किया जाता है, तो उत्तेजित अणु भी उत्पन्न हो सकते हैं और ओजोन का निर्माण देखा जाता है। आयनीकृत विकिरण के प्रभाव में ओजोन का निर्माण अभी तक ओजोन संश्लेषण के लिए उपयोग नहीं किया गया है।
माइक्रोवेव क्षेत्र में ओजोन का निर्माण
जब ऑक्सीजन की एक धारा को माइक्रोवेव क्षेत्र से गुजारा गया, तो ओजोन का निर्माण देखा गया। इस प्रक्रिया का बहुत कम अध्ययन किया गया है, हालाँकि इस घटना पर आधारित जनरेटर का उपयोग अक्सर प्रयोगशाला अभ्यास में किया जाता है।
रोजमर्रा की जिंदगी में ओजोन का उपयोग और मनुष्यों पर इसका प्रभाव
जल, वायु तथा अन्य पदार्थों का ओजोनीकरण
ओजोनेटेड पानी में विषाक्त हैलोजेनोमेथेन नहीं होता है - क्लोरीन के साथ पानी के नसबंदी की विशिष्ट अशुद्धियाँ। ओजोनेशन प्रक्रिया बबल बाथ या मिक्सर में की जाती है, जिसमें निलंबित पदार्थ से शुद्ध किए गए पानी को ओजोनेटेड हवा या ऑक्सीजन के साथ मिलाया जाता है। इस प्रक्रिया का नुकसान पानी में O3 का तेजी से नष्ट होना (आधा जीवन 15-30 मिनट) है।
ओजोनेशन का उपयोग खाद्य उद्योग में रेफ्रिजरेटर, गोदामों को कीटाणुरहित करने और अप्रिय गंध को खत्म करने के लिए भी किया जाता है; चिकित्सा पद्धति में - खुले घावों के कीटाणुशोधन और कुछ पुरानी बीमारियों (ट्रॉफिक अल्सर, फंगल रोग) के उपचार के लिए, शिरापरक रक्त का ओजोनेशन, शारीरिक समाधान।
आधुनिक ओजोनाइज़र, जिसमें हवा या ऑक्सीजन में विद्युत निर्वहन का उपयोग करके ओजोन का उत्पादन किया जाता है, में ओजोन जनरेटर और बिजली स्रोत शामिल होते हैं और ओजोनाइज़र प्रतिष्ठानों का एक अभिन्न अंग होते हैं, जिसमें ओजोनाइज़र के अलावा, सहायक उपकरण भी शामिल होते हैं।
वर्तमान में, ओजोन एक गैस है जिसका उपयोग तथाकथित ओजोन प्रौद्योगिकियों में किया जाता है: पीने के पानी की शुद्धि और तैयारी, अपशिष्ट जल उपचार (घरेलू और औद्योगिक अपशिष्ट जल), अपशिष्ट गैसें, आदि।
ओजोन का उपयोग करने की तकनीक के आधार पर, ओजोनाइज़र की उत्पादकता एक ग्राम के अंश से लेकर प्रति घंटे दसियों किलोग्राम ओजोन तक हो सकती है। चिकित्सा उपकरणों और छोटे उपकरणों के गैस स्टरलाइज़ेशन के लिए विशेष ओजोनाइज़र का उपयोग किया जाता है। नसबंदी एक कृत्रिम रूप से आर्द्रीकृत ओजोन-ऑक्सीजन वातावरण में की जाती है जो नसबंदी कक्ष को भर देती है। नसबंदी चक्र में नसबंदी कक्ष में हवा को आर्द्र ओजोन-ऑक्सीजन मिश्रण के साथ बदलने का चरण, नसबंदी जोखिम का चरण और कक्ष में ओजोन-ऑक्सीजन मिश्रण को सूक्ष्मजीवविज्ञानी रूप से शुद्ध हवा के साथ बदलने का चरण शामिल होता है।
ओजोन थेरेपी के लिए दवा में उपयोग किए जाने वाले ओजोनाइज़र में ओजोन-ऑक्सीजन मिश्रण की एकाग्रता के विनियमन की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। ओजोन-ऑक्सीजन मिश्रण की उत्पन्न सांद्रता की गारंटीकृत सटीकता को ओजोनेटर स्वचालन प्रणाली द्वारा नियंत्रित किया जाता है और स्वचालित रूप से बनाए रखा जाता है।
ओजोन का जैविक प्रभाव
ओजोन का जैविक प्रभाव इसके अनुप्रयोग की विधि, खुराक और सांद्रता पर निर्भर करता है। इसके कई प्रभाव अलग-अलग सांद्रता सीमाओं में अलग-अलग डिग्री तक होते हैं। ओजोन थेरेपी का चिकित्सीय प्रभाव ओजोन-ऑक्सीजन मिश्रण के उपयोग पर आधारित है। ओजोन की उच्च रेडॉक्स क्षमता इसके प्रणालीगत (ऑक्सीजन होमियोस्टैसिस की बहाली) और स्थानीय (स्पष्ट कीटाणुनाशक) चिकित्सीय प्रभाव को निर्धारित करती है।
ओजोन का उपयोग पहली बार 1915 में ए. वोल्फ द्वारा संक्रमित घावों के इलाज के लिए एक एंटीसेप्टिक के रूप में किया गया था। हाल के वर्षों में, ओजोन थेरेपी का उपयोग चिकित्सा के लगभग सभी क्षेत्रों में सफलतापूर्वक किया गया है: आपातकालीन और प्युलुलेंट सर्जरी, सामान्य और संक्रामक चिकित्सा, स्त्री रोग, मूत्रविज्ञान, गैस्ट्रोएंटरोलॉजी, त्वचाविज्ञान, कॉस्मेटोलॉजी, आदि। ओजोन का उपयोग इसके अद्वितीय स्पेक्ट्रम के कारण है। शरीर पर प्रभाव, सहित। इम्यूनोमॉड्यूलेटरी, सूजन-रोधी, जीवाणुनाशक, एंटीवायरल, कवकनाशी, आदि।
हालाँकि, इस बात से इनकार नहीं किया जा सकता है कि कई जैविक संकेतकों में स्पष्ट लाभ के बावजूद, चिकित्सा में ओजोन का उपयोग करने के तरीकों का अभी तक व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया है। साहित्यिक आंकड़ों के अनुसार, ओजोन की उच्च सांद्रता सूक्ष्मजीवों के लगभग सभी उपभेदों के लिए बिल्कुल जीवाणुनाशक है। इसलिए, ओजोन का उपयोग नैदानिक अभ्यास में विभिन्न एटियलजि और स्थानीयकरण के संक्रामक और सूजन फॉसी की स्वच्छता के लिए एक सार्वभौमिक एंटीसेप्टिक के रूप में किया जाता है।
साहित्य में तीव्र प्युलुलेंट सर्जिकल रोगों के उपचार में ओजोनेशन के बाद एंटीसेप्टिक दवाओं की बढ़ती प्रभावशीलता पर डेटा शामिल है।
ओजोन के घरेलू उपयोग के संबंध में निष्कर्ष
सबसे पहले, चिकित्सीय और कीटाणुनाशक के रूप में चिकित्सा के कई क्षेत्रों में उपचार के अभ्यास में ओजोन के उपयोग के तथ्य की बिना शर्त पुष्टि करना आवश्यक है, लेकिन इसके व्यापक उपयोग के बारे में बात करना अभी तक संभव नहीं है।
ओजोन को मनुष्यों द्वारा सबसे कम एलर्जी संबंधी दुष्प्रभावों के साथ माना जाता है। और भले ही साहित्य में O3 के प्रति व्यक्तिगत असहिष्णुता का संदर्भ पाया जा सकता है, इन मामलों की तुलना किसी भी तरह से नहीं की जा सकती है, उदाहरण के लिए, क्लोरीन युक्त और अन्य हैलोजन-व्युत्पन्न जीवाणुरोधी दवाओं के साथ।
ओजोन त्रिपरमाण्विक ऑक्सीजन है और पर्यावरण की दृष्टि से सर्वाधिक अनुकूल है। इसकी "ताज़ा" गंध को कौन नहीं जानता - आंधी के बाद गर्मी के दिनों में?! कोई भी जीवित जीव पृथ्वी के वायुमंडल में अपनी निरंतर उपस्थिति का अनुभव करता है।
समीक्षा इंटरनेट से सामग्री के आधार पर संकलित की गई है।
4(एसएनओ) 2 + 2एच.एनओ 3 → 4СНСООН +एन 2 हे+ एच 2 ओ. (1.5)
प्रतिक्रिया की शुरुआत के लिए, सोडियम नाइट्रेट या नाइट्राइट की उपस्थिति आवश्यक है, जिसके नाइट्रिक एसिड के साथ संपर्क से प्रक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक नाइट्रस ऑक्साइड की मात्रा जारी होती है। इस प्रकार, सोडियम नाइट्रेट या नाइट्राइट उत्प्रेरक की भूमिका निभाता है। ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, सोडियम नाइट्रेट (या किसी अन्य यौगिक) को जोड़ने की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि नाइट्रिक एसिड के साथ एसीटैल्डिहाइड की बातचीत के परिणामस्वरूप पर्याप्त मात्रा में नाइट्रस ऑक्साइड बनता है।
सेलेनियम डाइऑक्साइड SeO2 का उपयोग एसीटैल्डिहाइड को ग्लाइऑक्सल में बदलने के लिए एक अत्यधिक चयनात्मक उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। सेलेनियम युक्त उत्प्रेरक की उपस्थिति में, एसीटैल्डिहाइड के रूपांतरण में 4 से 10% की वृद्धि देखी गई है। हालाँकि, SeO2 का पुनर्जनन एक गंभीर समस्या पैदा करता है, इस तथ्य के कारण कि ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, मुश्किल से पुनर्प्राप्त होने वाले कार्बनिक सेलेनियम यौगिक बनते हैं। लक्ष्य उत्पाद की उपज बढ़ाने के लिए, फॉर्मिक और एसिटिक एसिड को 0.5 से 1.16 तक नाइट्रिक एसिड के साथ मोलर अनुपात में प्रतिक्रिया मिश्रण में जोड़ा जाता है। यह आपको ग्लाइऑक्सल की उपज को 50% तक बढ़ाने की अनुमति देता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस प्रतिक्रिया के लिए इष्टतम तापमान सीमा 45 ÷ 48 o C. की एक संकीर्ण सीमा के भीतर है। तापमान में और वृद्धि से लक्ष्य उत्पाद की उपज में उल्लेखनीय कमी आती है।
आवर्त सारणी के समूह I धातुओं के लवण: सोडियम, लिथियम और सिल्वर नाइट्रेट को उत्प्रेरक के रूप में प्रस्तावित किया गया है। उत्पादों का परिणामी मिश्रण एल्डिहाइड, एसिटिक एसिड, नाइट्रिक एसिड और थोड़ी मात्रा में नाइट्रस एसिड का एक जलीय घोल है। एल्डिहाइड यौगिकों में ग्लाइऑक्सल, एसीटैल्डिहाइड और ग्लाइऑक्सैलिक एसिड शामिल हैं।
इस उत्पादन पद्धति का नुकसान प्रक्रिया की आवधिकता है। इसके अलावा, सबसे महत्वपूर्ण समस्या विभिन्न उत्पादों के परिणामी मिश्रण का शुद्धिकरण है। एक वाणिज्यिक उत्पाद (ग्लाइऑक्सल का 40% जलीय घोल) प्राप्त करने के लिए, मिश्रण से नाइट्रिक और एसिटिक एसिड को निकालना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, आयन एक्सचेंज द्वारा। मानक तरीकों का उपयोग करके प्रतिक्रिया उत्पादों से ग्लाइऑक्सल को अलग करना असंभव है। विश्व अभ्यास में, वायुमंडल में नाइट्रोजन ऑक्साइड के बड़े उत्सर्जन के कारण ग्लाइऑक्सल उत्पादन की इस तकनीक का उपयोग बहुत सीमित रूप से किया जाता है, जो ओजोन परत को नष्ट कर देता है जो पृथ्वी की सतह को यूवी विकिरण से बचाता है।
1.2.2 बेंजीन का ओजोनेशन
ग्लाइऑक्सल प्राप्त करने के लिए परिणामी उत्पादों के आगे हाइड्रोजनीकरण के साथ ओजोन की समतुल्य मात्रा के साथ बेंजीन को ओजोनेट करके ग्लाइऑक्सल के संश्लेषण के लिए एक विधि का विकास हो रहा है। बेंजीन ओजोन के साथ मिलकर ट्रायोज़ोनाइड बनाता है, जो एक अत्यंत विस्फोटक पदार्थ है। पानी के प्रभाव में, ओजोनाइड निम्नलिखित योजना के अनुसार तीन ग्लाइऑक्सल अणुओं में विघटित हो जाता है:
हालाँकि, ओजोन उत्पादन की उच्च लागत और अत्यधिक विस्फोटकता के कारण, इस विधि का कोई व्यावहारिक मूल्य नहीं है।
1.2.3 क्रोमिक एसिड के साथ ग्लिसरॉल का ऑक्सीकरण
ग्लाइऑक्सल के उत्पादन की एक अन्य संभावित विधि कमरे के तापमान पर सल्फ्यूरिक एसिड की उपस्थिति में क्रोमिक एसिड के साथ ग्लिसरॉल का ऑक्सीकरण है। ग्लाइऑक्सल के साथ, प्रतिक्रिया समीकरण के अनुसार फॉर्मेल्डिहाइड बनता है:
2सीआर 2 O 7 2- + ZNOSN 2 CH(OH)CH 2 OH + 16H 4 ↔ 4Cआर 3- + 3(एसएनओ) 2 + जेएन 2 सीओ + 14एच 2 के बारे में(1.6)
हाइड्रोजन आयनों की बढ़ती सांद्रता के साथ ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की दर बढ़ जाती है। यह माना जाता है कि प्रतिक्रिया में सक्रिय ऑक्सीकरण रूप (1.6) एकल आवेशित HcrO3 - आयन का हेक्सावलेंट क्रोमियम है। ग्लिसरॉल की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया का अध्ययन करते समय, मुक्त कट्टरपंथी आयनों की खोज की गई, जिससे पता चला कि हेक्सावलेंट क्रोमियम के साथ ग्लिसरॉल की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया एक- और तीन-इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दोनों के तंत्र के माध्यम से हो सकती है।
यह माना जाता है कि हेक्सावलेंट क्रोमियम के साथ ग्लिसरॉल का ऑक्सीकरण निम्नलिखित तंत्र के अनुसार आगे बढ़ सकता है।
स्कूली बच्चों के लिए अखिल रूसी रसायन विज्ञान ओलंपियाड - 2004
"पसंद से कार्य"
भौतिक रसायन
कार्य 1।
"जैसा कि उन्होंने एक साल पहले मासूमियत से कहा होगा -
हाँ, पिछली शताब्दी से पहले ही।
(बखित केन्झीव)
"1880 की शुरुआत में, विक्टर मेयर ने बहुत उच्च तापमान पर हैलोजन के वाष्प घनत्व पर बहुत दिलचस्प प्रयोग शुरू किए। प्रयोगों को फिर क्राफ्ट्स द्वारा दोहराया गया। उनका परिणाम यह है कि हैलोजन के वाष्प घनत्व, जो महत्वपूर्ण तापमान सीमाओं के लिए सामान्य लगते हैं, तापमान बढ़ने पर छोटे हो जाते हैं, अलग-अलग हैलाइडों के लिए अलग-अलग।
| तापमान | घनत्व क्लोरीन भाप | घनत्व ब्रोमीन जोड़ी | घनत्व आयोडीन जोड़ी |
| 440 ओ से नीचे | 2,45 | 5,52 | 8,78 |
| 440 ओ | सामान्य | सामान्य | 8,72 |
| 900 ओ | सामान्य | सामान्य | 8,11 |
| 1200 ओ | सामान्य | 4,5 | 6,07 |
| 1400 ओ - 1500 ओ | 2,02 | 3,5 | 5,31 |
यह मानते हुए कि हैलोजन वाष्प घनत्व में देखी गई कमी संकेतित तापमान पर गैसों के विस्तार गुणांक में महत्वपूर्ण परिवर्तन पर निर्भर नहीं करती है, प्रस्तुत आंकड़ों को समझाया जा सकता है..."
("रासायनिक विचारों के विकास पर निबंध" एन. मेन्शुटकिन द्वारा, सेंट पीटर्सबर्ग, 1888. पीपी. 301-302)
1. हैलोजन के लिए "वाष्प घनत्व" में इतने महत्वपूर्ण परिवर्तन को कैसे समझाया जा सकता है?
2. "वाष्प घनत्व" (सापेक्ष%) निर्धारित करने में त्रुटि का अनुमान लगाएं।
3. संकेतित तापमान (मोल अंश) पर आयोडीन के लिए "वाष्प" की संरचना की गणना करें।
4. बंधन ऊर्जा I - I (kJ/mol) की गणना करें।
5. आयोडीन (o C) के गलनांक और क्वथनांक निर्धारित करें और आयोडीन की जाली ऊर्जा की गणना करें यदि आयोडीन के ऊपर वाष्प का दबाव 43.7 o C पर 1 मिमी Hg (133.32 Pa) है; 10 एमएमएचजी कला। 77.0 ओ पर; 100 एमएमएचजी 122.4 बजे; 400 एमएमएचजी 162.8 बजे.
कार्य 2.
एचएक्स- सबसे मजबूत कार्बनिक अम्लों में से एक निम्नलिखित योजना के अनुसार प्राप्त किया जा सकता है:
चित्र में दिखाए गए कनेक्शनों की संरचना के बारे में जानकारी:
पदार्थ |
|||||
हाल ही में, सॉल्वैंट्स में आणविक फ्लोरीन के उपयोग में रुचि बढ़ी है। इस मामले में, समाधान में विभिन्न पदार्थों को शामिल करके एफ 2 की ऑक्सीडेटिव गतिविधि को नियंत्रित करना संभव है। अम्ल एचएक्ससमान कनेक्शन को संदर्भित करता है. उसकी भागीदारी से अनुमानित प्रक्रियाएं:
आणविक फ्लोरीन के लिए नर्नस्ट समीकरण का रूप है:
प्रयुक्त सॉल्वैंट्स (सॉल्व): सीएच 3 सीओ 2 एच, एचसीओ 2 एच, सीएफ 3 सीएच 2 ओएच, सीएच 3 ओएच, सीएफ 3 सीओ 2 एच।
1. चित्र में अज्ञात पदार्थों को पहचानें और प्रतिक्रिया समीकरण लिखें।
2. यह मानते हुए कि फ्लोरीन (सी 1) और एसिड (सी 2) की कुल सांद्रता स्थिर है (सी 1)<0,5С 2):
a) E 0 को E 0 (F 2 /F -) और K a (HF) के रूप में व्यक्त करें। (आइए E 0 =E 0 (F 2 ,H + /HF), E=E(F 2 ,H + /HF) रखें।)
बी) यदि पीएच (सी 2, सी 1, सॉल्व) ज्ञात है तो ई को सी 2 और सी 1 के फलन के रूप में व्यक्त करें।
(स्वीकार्य सन्निकटन हमें K 1 -K 3 के बिना करने की अनुमति देता है।)
3. समाधान (पी2) में (सी 3) जोड़ा गया: ए) बीएफ 3 (सी 3)।<0,5C 1);
б) NaX(C 3 <
5. एक उपयुक्त विलायक समाधान में फ्लोरीन के पारित होने के दौरान एक स्थिर क्षमता बनाए रखता है और एफ 2 के साथ केवल ऐसे यौगिक बनाता है जो लक्ष्य उत्पाद से आसानी से अलग हो जाते हैं। सूची से एक उपयुक्त विलायक का सुझाव दें और औचित्य सिद्ध करें।
6. इलेक्ट्रोलिसिस का सहारा लिए बिना, प्रयोगशाला में एफ 2 प्राप्त करने का एक तरीका सुझाएं।
7. प्रयोग के दौरान फ्लोरीन की क्षमता का सटीक निर्धारण करना असंभव क्यों है?
कार्य 3.
बेंजीन का ओजोनेशन
ओजोनेशन प्रतिक्रिया का उपयोग कार्बनिक रसायन विज्ञान में यौगिकों के विभिन्न वर्गों को संश्लेषित करने और असंतृप्त यौगिकों की संरचना निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
बेंजीन का ओजोनेशन मिथाइल क्लोराइड में -80 डिग्री सेल्सियस पर होता है। इस प्रतिक्रिया को गतिज योजना द्वारा वर्णित किया जा सकता है:
1) ओजोनाइड्स ए 1, ए 2, ए 3 के संरचनात्मक सूत्र लिखें। A3 को जिंक द्वारा अपचयित करने पर कौन सा पदार्थ बनता है?
2) ओजोनाइड्स प्राप्त करने का दूसरा तरीका डाइहाइड्रॉक्सी पेरोक्साइड प्रकार का निर्जलीकरण है
फॉस्फोरिक एनहाइड्राइड. संकेतित डायहाइड्रोपरोक्साइड से मोनो-, डी- और पॉलीओज़ोनाइड प्राप्त करने की योजनाएँ लिखें।
सबसे विविध संरचना के पेरोक्साइड यौगिकों की गुणात्मक प्रतिक्रियाओं में से एक 60% सल्फ्यूरिक एसिड में टाइटेनिल सल्फेट के समाधान के साथ उनके ईथर समाधानों की बातचीत है।
3) विश्लेषणात्मक संकेत क्या है और इसका कारण क्या है?
उपरोक्त गतिज योजना पर विचार करें। आइए मान लें कि कुल समीकरण की तुलना में ओजोन थोड़ी अधिक मात्रा में लिया गया है।
4) ए) एक ग्राफ पर, यह मानते हुए कि समय पर पदार्थ ए 1, ए 2, ए 3 की सांद्रता की निर्भरता को चित्रित करें क 1
क 2 क 3 .
बी) एक ग्राफ पर, दो मामलों में समय पर पदार्थ ए 1 की एकाग्रता की निर्भरता को चित्रित करें: 1) क 1 << क 2 ;
2) क 1 क 2. ग) दोनों सन्निकटनों में से कौन सा - (बी1) या (बी2) - अधिक सत्य है? क्यों?
डी) ओजोन और बेंजीन की सांद्रता के संदर्भ में ए 3 के गठन की दर को व्यक्त करें, बशर्ते कि मध्यवर्ती ए 1 और ए 2 की सांद्रता स्थिर हो। प्रतिक्रिया का समग्र क्रम क्या है?
घोल में ओजोन-ऑक्सीजन मिश्रण को लगातार प्रवाहित करके घोल में ओजोन सांद्रता को स्थिर बनाए रखा जा सकता है। आइए इन परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की गतिकी पर विचार करें।
5) ए) ए 3 के गठन की दर को ओजोन और बेंजीन की सांद्रता के संदर्भ में व्यक्त करें, बशर्ते कि ए 1 और ए 2 की सांद्रता स्थिर हो। प्रतिक्रिया का समग्र क्रम क्या है?
ख) बेंजीन की प्रारंभिक सांद्रता दोगुनी होने पर उसका अर्ध-रूपांतरण समय कितनी बार बदलेगा?
ग) (5ए) से गतिज समीकरण को हल करें और समय पर उत्पाद ए 3 की सांद्रता की निर्भरता ज्ञात करें। बेंजीन और ओजोन की प्रारंभिक सांद्रता को 0 और 0 के रूप में लेबल करें।
कार्य 4.
बेंज़ोयल पेरोक्साइड (बीपी) और डाइनिट्राइल 2,2"-डाइमिथाइल-2,2"-एज़ोडिप्रोपेनोइक एसिड (2,2"-एज़ो-बीआईएस-आइसोब्यूटिरोनिट्राइल, एआईबीएन) कट्टरपंथी श्रृंखला प्रक्रियाओं के मानक आरंभकर्ता हैं, जो थोड़ी सी भी आसानी से होमोलिटिक रूप से विघटित हो जाते हैं। तापमान में वृद्धि। निष्क्रिय सॉल्वैंट्स में अपघटन के लिए सक्रियण ऊर्जा पीबी के लिए 129 केजे/मोल और एआईबीएन के लिए 130 केजे/मोल है, और अरहेनियस समीकरण में प्रीएक्सपोनेंट है ( क = एइ - इए/ आर टी) ए= पीबी के लिए 10 14.5 सेकेंड -1 और एआईबीएन के लिए 10 15.0 सेकेंड -1। क्षय प्रथम क्रम में होता है।
प्रश्न और कार्य.
1. पीबी और एआईबीएन के सूत्र और एक अक्रिय विलायक में उनके अपघटन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें। कौन से उत्पाद बन सकते हैं? उन्हे नाम दो।
2. एज़ो यौगिकों में C-N और N=N बांड काफी मजबूत हैं (क्रमशः 295 और 420 kJ/mol)। फिर गर्म होने पर एआईबीएन आसानी से रेडिकल क्यों बनाता है?
3. एक प्रयोग में, एआईबीएन के नीले घोल के अपघटन के दौरान, 1 मिनट के भीतर 0.5 मिली गैस निकली (कमरे के तापमान और 735 मिमी के दबाव पर मापा गया), और प्रतिक्रिया के अंत के बाद, 1.250 लीटर इस गैस को उन्हीं परिस्थितियों में मापा गया, छोड़ा गया। प्रायोगिक स्थितियों के तहत एआईबीएन के क्षय के लिए दर स्थिरांक की गणना करें (सेकंड में इसके लिए समय इंगित करें)।
4. 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एआईबीएन को 0.1% तक विघटित होने में लगने वाले समय और साथ ही आधे जीवन का अनुमान लगाएं। किस तापमान पर AIBN 5 घंटे में 50% विघटित हो जाएगा?
5. एआईबीएन अपघटन के थर्मल प्रभाव का अनुमान लगाएं। क्या इसका विस्फोटक विघटन संभव है और यदि हां, तो किन परिस्थितियों में? नाइट्रोजन अणु में त्रिबंध तोड़ने की ऊर्जा 945 kJ/mol है; C-C बांड ऊर्जा को 340 kJ/mol माना जाता है।
6. एक अध्ययन में, उबलते बेंजीन में पीबी के विघटन की प्रारंभिक दर को मापा गया था। यदि, प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, क्षय दर स्थिरांक की गणना प्रथम क्रम प्रतिक्रिया की धारणा के तहत की जाती है, तो यह पता चलता है कि इस तरह से गणना की गई स्थिरांक पीबी की प्रारंभिक एकाग्रता पर निर्भर करती है:
इन परिणामों को समझाने के लिए, यह सुझाव दिया गया कि पीबी अपघटन की एक द्वि-आणविक प्रतिक्रिया समानांतर में हो सकती है। प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर, पीबी के मोनोमोलेक्यूलर अपघटन की वास्तविक दर स्थिरांक की गणना करें (ग्राफिकल विधि का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है)।
7. जब एआईबीएन का अपघटन 2,6-डाइमिथाइल- की उपस्थिति में 108 डिग्री सेल्सियस पर ज़ाइलीन में किया गया था। पी-बेंजोक्विनोन, परिणामी समाधान के इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद (ईपीआर) स्पेक्ट्रम ने स्थिर मुक्त कणों की उपस्थिति दिखाई; 0.573 एमटी (मिलीटेस्ला) के विभाजन के साथ स्पेक्ट्रम में 7 समान दूरी वाली रेखाओं ने रेडिकल में 6 समकक्ष प्रोटॉन की उपस्थिति का संकेत दिया, और प्रत्येक पंक्ति को तीन में विभाजित किया गया (उनके बीच 0.137 एमटी की दूरी के साथ) दो की उपस्थिति का संकेत दिया समकक्ष प्रोटॉन (टी.एल.सिमंडी एट अल., यूरोपियन पॉलिमर जर्नल, 1989, वॉल्यूम 25, पीपी.501-507)। इन डेटा का उपयोग करके, परिणामी रेडिकल की संरचना बनाएं और ईपीआर डेटा के साथ इसकी पुष्टि करें (स्पेक्ट्रम में विभाजन किसी दिए गए परमाणु पर अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के घनत्व के समानुपाती होता है)। परिणामी रेडिकल्स की स्थिरता की व्याख्या करें। आपको क्या लगता है कि लेखकों ने निर्दिष्ट पत्रिका में लेख क्यों प्रकाशित किया?
टिप्पणी। प्रथम क्रम की प्रतिक्रिया के लिए समय पर एकाग्रता की निर्भरता: साथ
= साथओ ई-केटी या एलएन( सीहे/ सी)
= के.टी.. गैस स्थिरांक आर= 8.31 जे/(मोल के)।
रसायन शास्त्र और जीवन
कार्य 1।
गैलिच झील (कोस्ट्रोमा क्षेत्र, मानचित्र देखें) का तल काफी गादयुक्त है, 25 किमी लंबा, 5 किमी चौड़ा, औसत गहराई 1.5 मीटर, जल विनिमय दर ~ वर्ष में एक बार। झील में कई नदियाँ बहती हैं, जिनमें से सबसे प्रचुर (यदि हम उन दयनीय धाराओं के बारे में बात कर सकते हैं) श्रेडन्या और चेल्स्मा हैं। झील से नदी गिरती है. व्योकसा. गैलिच शहर झील पर स्थित है (20 हजार निवासी, एक ट्रक क्रेन कारखाना, एक चमड़े का कारखाना, एक बेकरी, एक जूता और कपड़े का कारखाना है)।
चार बिंदुओं पर पानी के नमूने लिए गए (मानचित्र देखें)। नमूने 3 अगस्त से 8 अगस्त 2003 तक लिए गए। विश्लेषण के परिणाम तालिका में दिखाए गए हैं।
| डॉट | ||||
| तापमान | ||||
| पीएच | ||||
| पारदर्शिता, से.मी | ||||
| रंग, डिग्री | ||||
| कुल क्षारीयता, एमएम | ||||
| मुक्त क्षारीयता, मिमी | ||||
| कठोरता (सीए 2+ + एमजी 2+), एमएम | ||||
| कैल्शियम, एमएम | ||||
| क्लोराइड, एमएम | ||||
| ओ 2, संतृप्ति का% |
नोट: मुक्त क्षारीयता उन क्षारों की सांद्रता है जो pH>8.2 देते हैं, कुल क्षारीयता उन सभी क्षारों की सांद्रता है जिन्हें हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ अनुमापन किया जा सकता है। कुल और मुक्त क्षारीयता के बीच का अंतर आमतौर पर बाइकार्बोनेट के कारण होता है।
नतीजे बताते हैं कि, सबसे पहले, झील में पानी का पीएच असामान्य रूप से उच्च है, और दूसरी बात, झील में नमक की सांद्रता इसे भरने वाली नदियों की तुलना में लगभग 3 गुना कम है। दोनों तथ्यों के लिए दो स्पष्टीकरण पेश किए गए हैं। पहला: शहर के निवासी सक्रिय रूप से अपने कपड़े धोते हैं, जिससे सोडियम कार्बोनेट और फॉस्फेट झील में प्रवेश करते हैं, पानी को क्षारीय बनाते हैं और कैल्शियम को मैग्नीशियम से बांधते हैं। दूसरा: चमड़े का कारखाना चूना युक्त अपशिष्ट जल झील में छोड़ता है।
1. पहली और दूसरी परिकल्पना के अनुसार झील को पानी देने वाली नदियों की तुलना में झील में धनायनों और ऋणायनों की सांद्रता में कमी लाने वाले प्रतिक्रिया समीकरण दीजिए। समीकरणों को आयनिक रूप में लिखिए।
2. क्या गैलिच झील में नमक की सांद्रता में कमी उन नदियों की तुलना में हुई है जो इसे स्थानीय स्तर पर (केवल शहर के भीतर) या पूरी झील में पानी देती हैं? एक वाक्य में अपने उत्तर की पुष्टि करें।
3.पीएच बढ़ाने की पहली परिकल्पना में कौन से तथ्य फिट नहीं बैठते?
4.पीएच बढ़ाने की दूसरी परिकल्पना में कौन से तथ्य फिट नहीं बैठते?
5.नमक की सघनता में कमी की दूसरी परिकल्पना में कौन से तथ्य फिट नहीं बैठते?
एक परिकल्पना यह भी है कि झील को पानी देने वाली नदियों की तुलना में झील में नमक की सघनता में कमी प्राकृतिक कारणों से होती है।
6.इसका क्या कारण हो सकता है? उचित प्रतिक्रिया समीकरण लिखिए।
7. कीचड़ विश्लेषण इस परिकल्पना की पुष्टि या खंडन कैसे कर सकता है?
8. प्रति वर्ष जमा होने वाले इन पदार्थों की परत की मोटाई का अनुमान लगाएं, यदि हम मान लें कि केवल वे ही जमा होते हैं, और उनका घनत्व लगभग 2000 ग्राम/डीएम 3 के बराबर है?
संदर्भ के लिए: K a (H 2 O+CO 2) = 4.5? 10 -7, के ए (एचसीओ 3 -) = 4.8? 10 -11, के ए (एच 2 पीओ 4 -) = 6.2? 10 -8, के ए (एचपीओ 4 2-) = 5.0? 10 -13, पीआर(CaCO 3) = 4? 10 -9, पीआर(एमजीसीओ 3) = 2? 10 -5, पीआर(सीए 3 (पीओ 4) 2) = 2? 10 -29.
कार्य 2.
कीड़े इतने छोटे होते हैं कि वे अपनी आँखों का उपयोग करके आसपास की दुनिया में एक साथी की तलाश नहीं कर सकते, जैसा कि आम तौर पर मनुष्य करते हैं। इस प्रयोजन के लिए, वे विशेष पदार्थों का स्राव करते हैं - यौन आकर्षण, या फेरोमोन। एक मादा तितली द्वारा छोड़ा गया कुछ मिलीग्राम फेरोमोन दसियों किलोमीटर दूर से सैकड़ों नरों को आकर्षित करने के लिए पर्याप्त है। इस मामले में, फेरोमोन की संरचना में मामूली परिवर्तन (डबल सी = सी बांड की स्थिति या स्टीरियोइसोमेरिज्म, चिरल अणु के एक अलग स्टीरियोइसोमर का उपयोग आदि) पूरी तरह से अलग प्रजातियों के कीड़ों के आकर्षण को जन्म दे सकता है। या अपनी ही प्रजाति के व्यक्तियों को खदेड़ने के लिए।
यह ज्ञात है कि मादा जैतून उड़ती है बैक्रोसेराओलीसंभोग के माध्यम से पुरुषों को आकर्षित करें ए, और महिलाओं के पुरुष - एक कनेक्शन का उपयोग कर रहे हैं बी. जब इन यौगिकों को तनु अम्ल विलयन से उपचारित किया जाता है, तो वही पदार्थ बनता है में, जिसके बारे में निम्नलिखित ज्ञात है:
ए) इसमें 27.6% ऑक्सीजन और 62.1% कार्बन होता है, और जब फॉस्फोरस पेंटाब्रोमाइड के साथ इलाज किया जाता है तो यह 71.75% ब्रोमीन युक्त यौगिक डी में बदल जाता है;
बी) जब उत्प्रेरक मात्रा की उपस्थिति में गरम किया जाता है जोड़ा-टोलुएनसल्फोनिक एसिड (TsOH) आसानी से यौगिकों के मिश्रण में परिवर्तित हो जाता है एऔर बी;
ग) परिवर्तनों की एक श्रृंखला के परिणामस्वरूप:
इसे एक यौगिक में बदला जा सकता है जेड, जो ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक के एक समकक्ष के साथ प्रतिक्रिया करने पर दो अल्कोहल का मिश्रण बनाता है।
संभावित कनेक्शन संरचनाएं निर्धारित करें ए - जेडऔर यहां दी गई प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरण लिखें
कार्य 3.
स्थिर एंजाइम
एंजाइम प्रोटीन प्रकृति के जैविक उत्प्रेरक हैं। विभिन्न जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं में एंजाइमों का उपयोग करने के लिए, अक्सर एक उपयुक्त अघुलनशील वाहक पर एंजाइम को स्थिर (स्थिर) करना आवश्यक होता है (हम मूल एंजाइम को कहेंगे जो स्थिर है, मूल एंजाइम है)।
ए. स्थिर एंजाइमों की तैयारी.
एंजाइमों को स्थिर करने के लिए, आमतौर पर अमीनो, हाइड्रॉक्सिल या कार्बोक्सिल समूहों वाले वाहक का उपयोग किया जाता है, जो शारीरिक स्थितियों के तहत अत्यधिक प्रतिक्रियाशील नहीं होते हैं। इसलिए, जब एंजाइम और वाहक के बीच एक सहसंयोजक बंधन बनता है, तो पहले उसे सक्रिय करना होगा। एक प्रकार का सक्रिय अभिकर्मक डायल्डिहाइड है, जैसे स्यूसिनिक
ओएचसी-(सीएच 2) 2-सीएचओ।
1. उन प्रतिक्रियाओं को लिखें जो तब होती हैं जब स्यूसिनिक एल्डिहाइड अम्लीय वातावरण में पॉलीविनाइल अल्कोहल के साथ प्रतिक्रिया करता है। इसके बाद मीडिया को इंगित करने के लिए, निम्नलिखित आइकन का उपयोग करें:
2. पॉलीविनाइल अल्कोहल और स्यूसिनिक एल्डिहाइड के बीच पार्श्व प्रतिक्रिया के लिए एक समीकरण लिखें जो वाहक से सहसंयोजक रूप से बंधे एक एंजाइम की उपज को कम कर देता है।
3. सक्सेनिक एल्डिहाइड द्वारा सक्रिय वाहक और एक एंजाइम (पीएच = 8) के बीच प्रतिक्रिया लिखें। आरेख में, एंजाइम के कार्यात्मक समूह को इंगित करें जो परस्पर क्रिया करेगा। किसी एंजाइम को इंगित करने के लिए, आइकन का उपयोग करें:
4. किन अमीनो एसिड अवशेषों के पार्श्व समूहों पर प्रतिक्रिया आगे बढ़ेगी? इन अमीनो एसिड के साइड रेडिकल्स के तुच्छ नाम और सूत्र दीजिए।
5. प्रश्न 4 के उत्तर में दर्शाए गए एंजाइमों के अलावा एंजाइम का कौन सा अन्य समूह सक्रिय वाहक के साथ बातचीत कर सकता है?
6. उन पीएच क्षेत्रों को इंगित करें जिनमें एंजाइम-वाहक बंधन बनता है:
ए) स्थिर
बी) अस्थिर
एंजाइम-वाहक बंधन की स्थिरता को बढ़ाने के लिए, प्रश्न 1 में वर्णित प्रतिक्रिया से उत्पन्न प्रणाली को सोडियम बोरोहाइड्राइड से उपचारित किया जाता है।
7. इस अभिक्रिया का एक चित्र बनाइये। जहां वी अधिकतम = के 2 [ई] 0 और के एम = (के 2 + के -1)/ के 1
स्थिरीकरण उत्प्रेरक स्थिरांक k2 और माइकलिस स्थिरांक KM दोनों के मूल्यों को प्रभावित कर सकता है, जो किसी दिए गए सब्सट्रेट से एंजाइम बाइंडिंग की दक्षता को दर्शाता है। स्थिर एंजाइमों के साथ उत्प्रेरण दो तरीकों से हो सकता है:
गतिज, जिसमें प्रेक्षित दर एंजाइम के उत्प्रेरक गुणों द्वारा ही निर्धारित होती है;
प्रसार, जिसमें देखी गई प्रतिक्रिया दर को प्रसार द्वारा नियंत्रित किया जाता है (अर्थात, एंजाइम को सब्सट्रेट की आपूर्ति की दर से निर्धारित किया जाता है)।
आइए हम एक स्थिर एंजाइम वाले सिस्टम पर विचार करें, जिसमें [एस] 0, पूर्व के बराबर सब्सट्रेट एकाग्रता पर शासन में परिवर्तन देखा जाता है।
8. तथाकथित दोहरे व्युत्क्रम निर्देशांक (1/[एस] 0 से 1/वी) में ग्राफ पर इस प्रणाली के लिए [एस] 0, पूर्व/2 से 10 तक सब्सट्रेट सांद्रता की सीमा में निर्भरता का प्रकार बनाएं। [एस] 0, उदा. एब्सिस्सा अक्ष पर सब्सट्रेट सांद्रता [S] 0.ex /2, [S] 0.ex और 10[S] 0.ex के अनुरूप बिंदुओं को चिह्नित करें। गतिज शासन के अनुरूप निर्भरता को संख्या "1" के साथ चिह्नित किया जाता है, और प्रसार शासन के लिए - संख्या "2" के साथ चिह्नित किया जाता है।
9. गतिज शासन के मामले के लिए निर्भरता को जारी रखते हुए दोहरे पारस्परिक निर्देशांक में भुज और कोटि अक्ष पर काटे गए खंडों की लंबाई को इंगित करें (प्रश्न 8 के उत्तर से ग्राफ)। गणना दीजिए.
पॉलीइलेक्ट्रोलाइट समर्थन पर स्थिरीकरण सिस्टम में प्रोटॉन के वितरण को प्रभावित कर सकता है, जिससे पीएच पर एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि (और, परिणामस्वरूप, प्रतिक्रिया दर) की निर्भरता में बदलाव होता है (इसके बाद हम इस निर्भरता को पीएच प्रोफ़ाइल कहेंगे) ). मान लीजिए कि कुछ देशी एंजाइमों के लिए पीएच प्रोफ़ाइल में क्लासिक घंटी के आकार का स्वरूप है (नीचे देखें)।
10. निर्देशांक (पीएच के वी) में देशी एंजाइम के अनुरूप पीएच प्रोफाइल मौजूद है (प्रत्येक शाखा को 1 के साथ लेबल करें), वही एंजाइम एक पॉलीएनियोनिक वाहक पर स्थिर होता है (प्रत्येक शाखा को 2 के साथ लेबल करता है), और वही एंजाइम स्थिर होता है एक पॉलीकेशनिक कैरियर (प्रत्येक शाखा को संख्या 3 के साथ लेबल करें)। मान लें कि स्थिरीकरण का कोई प्रभाव नहीं पड़ता:
ए) पीएच इष्टतम (घंटी का उच्चतम बिंदु) पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर से;
बी) पीएच प्रोफ़ाइल के आकार पर.