وصف الجذور الحرة في التفاعلات الكيميائية

يتم تمثيل الجذر الحر في معادلة كيميائية المعادلات الكيميائية عن طريق نقطة توضع أعلى يمين رمز العنصر الذري أو المعادلة الجزيئية للجزي كالتالي

Cl2 + < >hخ½ → 2 Cl•

كما أن آليات سير التفاعل بالنسبة للجذور تكون في اتجاه واحد لتوضح انتقال إلكترون وحيد. Radical.svg 300بك centre

كيمياء الجذور الحرة

التسمية

تلعب الجذور في الكيمياء دورا في التفاعلات الآتية إضافة جذر ، و استبدال جذر ك وسيط نشيط . وغالبا ما تنقسم التفاعلات التي تتضمن الجذور إلى ثلاث مراحل < >البداية، < >الانتشار، < >الانتهاء.

• تفاعلات البداية هي التي ينشأ عنها زيادة في عدد الجذور الحرة. وقد تتضمن تكون جذور حرة من فئات ثابتة مثل التفاعل رقم 1 بالأعلى، أو قد تتضمن تفاعل الجذور الحرة مع فئات ثابتة لتكوين مزيد من الجذور الحرة.
• تفاعلات الانتشار وهي التي تتضمن تفاعلات الجذور الحرة بحيث أن العدد النهائي للجذور الحرة يظل كما هو.
• تفاعلات الانتهاء وهي التي بنشأ عنها قلة عدد الجذور الحرة. وغالبا ما تتضمن اتحاد جذرين لتكوين فئات أكثر ثباتا، فمثلا 2Cl•â†’ Cl2.

تكون الجذور الحرة

تكوّن الجذور يتطلب تكسر الرابطة بطريقة تكسر متماثل متماثلة ، وهذا يحتاج لكمية كبيرة من الطاقة. فمثلا، انقسام جزيء الهيدروجين 2 H إلى 2H• له حرارة خ”< >H° مقدارها + 435 kJ/mol، وتعرف تلك الحرارة على أنها طاقة تفكك رابطة طاقة التفكك المتماثلة وغالبا ما تختصر إلى < >DH°. تتأثر طاقة ربط طاقة الربط بين ذرتين مرتبطتين تساهميا ببناء الجزيء ككل ، وليس فقط بصفات الذرات المفردة. وعندما تتطلب الجذور طاقة ربط أعلى لكي تتكون ، فإن هذا ينتج جذورا أقل ثباتا من الجذور التي تتطلب طاقة أقل. ويحدث تكسر الرابطة المتماثل غالبا بين ذرتين لهما نفس سالبية كهربية السالبية الكهربية . وغالبا ما يحدث هذا في الكيمياء العضوية بين رابطة O-O في بيروكسيد البيروكسيدات ، أو في الروابط O-N. وعموما فإن، خطوة الانتشار تكون تفاعل ناشر للحرارة طاردة للحرارة . كما أن الفئات الناتجة تكون في مجموعها متعادلة كهربيا لأنها تنتج أعدادا متساوية من الجذور السالبة الشحنة والموجبه الشحنة.

الاستمرارية والثبات

يمكن تقسيم الجذور التي لها عمر طويل إلى فئتين

الجذور الثابتة

أمثلة للجذور الثابتة أو المستقرة نجدها في جزيء الأكسجين (داي أكسجين) (O2). ومثال آخر نجده في أكسيد النيتريك (NO).

ويمكن للجذور أن يكون لها عمر طويل في حالة تواجدها في نظام د€ مترافق، مثل الجذور المشتقة من ألفا-توكوفيرول (فيتامين إي).

الجذور الدائمة

مركبات الجذور الحرة هي المركبات التي يرجع طول فترة بقائها إلى الازدحام حول مركز الجذر مما يجعل الجذر لا يستطيع التفاعل مع الجزيئات المحيطة. ومثال لذلك جذر جومبرج (ترايميثيل فينيل)، ملح فريمي (نيتروزو دايسلفونات البوتاسيوم) KSO3)2NO• ، نيتروكسيد ات (المعادلة العامة لها R2NO•) مثل TEMPO .

الاحتراق

الاحتراق هو من أشهر تفاعلات الجذور الحرة . فلكي يحدث حريق يجب كسر رابطة تساهمية الرابطة التساهمية القوية للأكسجين (O O) حتى ينتج منها الجذور الحرة لل أكسجين التي تتفاعل عندئذ بشدة . ومن الملحوظ أن الأكسجين عبارة عن جذرين مربوطين بواسطة زوج إلكترونات ؛ زوج الإلكترونين هذان كلاهما غير مزدوج في مداره الخارجي في ذرته. ولا يوجد نشاط واضح لهذين الإلكترونين نظرا لأن لهما دوران متوازي. وعموما فإنه يتم التغلب على حواجز الطاقة الموجودة في جزيء الأكسجين بالإنزيمات في أجسام الكائنات الحية (عملية التنفس) وعن طريق الحرارة. وتعتمد مدى قابلية أى مادة للاشتعال على تركيز الجذور الحرة التي يجب أن تكون موجودة قبل بدء الاشتعال والتي تؤدى لحدوثه. وعند انتهاء المادة المشتعلة تبدأ تفاعلات الانتهاء والتي تؤدى لانطفاء النيران.

البلمرة

بالإضافة للاحتراق، تتضمن عديد من تفاعلات بلمرة البلمرة تكون الجذور الحرة. وينتج منها عديد من أنواع بوليمر البوليمر ات مثل لدائن اللدائن ، ويتم ذلك عن طريق بلمرة جذرية . كما أن عديد من تقنيات البلمرة تعرف حاليا باسم < >بلمرة الجذور الحية مثل

• الانتقال الانعكاسي لإضافة السلاسل المتكسرة (RAF).
• بلمرة انتقال الذرات الجذرية (ATRP).
• البلمرة المتداخلة بالنيتروكسيد (NMP).

وتنتج هذه الطرق بوليمر له توزيع ضيق للوزن الجزيئي.

الجذور الحرة في الغلاف الجوي

في الغلاف الجوي العلوي تنتج الجذور عن طريق تفكك الجزيئات، وخاصة تفكك كلوروفلوروكربون الغير نشط بواسطة أشعة فوق بنفسجية الأشعة فوق البنفسجية من الشمس أو كناتج للتفاعل مع محتويات الغلاف الجوي الأخرى. وتتفاعل هذه الجذور بعد ذلك مع أوزون الأوزون في تفاعل تسلسلي حفزي مما يؤدى لتكسر الأوزون، وتكوين مزيد من الجذور الحرة التي تساهم في مزيد من التفاعلات. ومثل هذه التفاعلات يعتقد أنها السبب في استنزاف أوزونوسفير طبقة الأوزون . ولذلك تم منع استخدام الكلورو فلورو كربون كمادة من مواد التبريد. التفاعلات المؤدية إلى نقصان طبقة الأوزون هي التالية ، ونتيجتها النهائية تتلخص في المعادة 5 أسفله CFCS هي كلوروفلوروكربون 1. mathrm CFCS xrightarrow h u mathrm Cl cdot 2. mathrm Cl cdot + mathrm O _3 xrightarrow mathrm ClO cdot + mathrm O _2 3. mathrm O _3 xrightarrow h u mathrm O + mathrm O _2 4. mathrm O + mathrm ClO cdot xrightarrow mathrm Cl cdot + mathrm O _2 5. 2mathrm O _3 xrightarrow h u 3mathrm O _2 طبقا للمعادلة 5 يتفكك الأوزون إلى الأكسجين ، وبذلك يضيع التأثير الإيجابي للأوزون في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الضارة بالكائنات الحية في طبقات الجو العليا ومنعها من السقوط على سطح الأرض .

الجذور الحرة في علم الأحياء

تلعب الجذور الحرة دورا مهما في كثير من العمليات الحيوية، وبعضها هام للغاية للحياة، مثل قتل بكتيريا البكتيريا داخل الخلايا. وأهم الجذور التي لها مركز أكسيجيني هي أكسيد فائق الأكاسيد الفائقة و جذر هيدروكسيل الجذور الهيدروكسيلية . ويتم الحصول عليهم من الأكسيجين العادى بتعريضه لظروف اختزالية. وعموما، فإنه نظرا لنشاط الجذور فهي تساهم في تفاعلات جانبية أخرى قد تدمر الخلية. وهناك ما يشير إلى أن أنواع عديدة من السرطان تنشأ بسبب تفاعلات الجذور الحرة مع حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين DNA ، مما قد يؤدى لحدوث تحولات في الخلية غير مرغوب فيها. كما أن مرض تصلب الشرايين المصاحب للتقدم في العمر يعتقد أنه بسبب تفاعل الجذور الحرة مع المواد المكونة للجسم. وتساعد الجذور الحرة الموجودة في السجائر على تقليل نشاط ألفا 1-أنتي ترايبسين وذلك يؤدي لحدوث مرض انتفاخ الرئة. ونظرا لأن الجذور الحرة مهمة للحياة، فإن للجسم كثير من الطرق التي يستخدمها لتقليل الأخطار التي يمكن أن تحدث، أو إصلاح الأضرار التي قد تكون حدثت، مثل إنزيم الإنزيم ات. وبالإضافة لذلك فإن مضاد تأكسد مضادات الأكسدة تلعب دورا رئيسيا في تلك الطرق الدفاعية. وغالبا ما تكون هذه الموانع هي فيتامين إيه ، و فيتامين سي ، و فيتامين إي و مضاد تأكسد مضادات التأكسد مثل أنثوسيان الأنثوسيانات و فلافونويد الفلافونويدات . كما أن هناك أدلة في الوقت الحالى على أن بيليروبين و حمض يوريك حمض اليوريك يمكن أن ينهجا نفس نهج مضادات الأكسدة والمساعدة في معادلة بعض الجذور. بيليروبين يتم الحصول عليه من تكسر محتويات خلية الدم الحمراء خلايا الدم الحمراء ، بينما يتم الحصول على حمض اليوريك كناتج من بورين البورين . وتحدث الإصابة بالصفراء عند وجود زيادة من البيليروبين في الدم، مما يضر بنظام الأعصاب المركزي، بينما يؤدى تزايد حمض اليوريك لوجود مرض نقرس النقرس .

الجذور الحرة والخلية

تكمن خطورة الجذور الحرة بإمكانية تفاعلها مع حمض أميني الأحماض النووية (nucleic acid) والتي هي المشكل الرئيسي للمادة الوراثية للخلية، الـ دى إن إيه (DNA)، مما يؤدي للإضرار بالخلية وقد يسبب تدميرها، أو تحولها إلى خلية سرطانية.

دراسة الجذور الحرة

تتضمن طرق دراسة الجذور عدة تقنيات منها

دوران الإلكترونات الرنيني

وهو من التقنيات المستخدمة بتوسع لدراسة الجذور الحرة، والأنواع ذات النفاذية المغناطيسية الأخرى، مثل مطيافية مطياف رنين مغناطيسي إلكتروني الرنين المغناطيسي الإلكتروني (ESR).

• رنين نووي مغناطيسي والذي يستخدم ظاهرة تسمى الاستقطاب الكيميائي المحثوث.
• التصنيف الكيميائي

ويتم ذلك بالتبريد بواسطة الجذور الحرة، مثل أحادي أكسيد النيتروجين NO أو دايفينيل بايكريل هيدرازيل DPPH ، متبوعا بأى طريقة طيفية مثل مطياف إلكترون ضوئي سيني أو مطيافية امتصاص absorption spectroscopy .

مسؤولية الجذور الحرة عن الشيخوخة ومرض السرطان

تدخل الجذور الحرة في تفاعلات أكسدة سريعة مع مكونات الغذاء أو مكونات خلايا الكائن الحي لتنتج مركبات غير طبيعية تكون مسئولة عن تحفيز الخلايا السرطانية في جسم الكائن الحي.

شاهد أيضا

• نظرية جذر جر نظرية الجذر الحر
• مطيافية امتصاص

في الكيمياء ، الجذور الحرة (أو الشقائق) هي عبارة عن ذرة ذرات أو جزيء جزيئات بها إلكترون ات غير زوجية أو بها غلاف مفتوح . وهذه الإلكترونات الغير مزدوجة (الفردية) غالبا ما تكون تفاعل كيميائي نشيطة ، ولذلك فإنها تلعب دورا في التفاعلات الكيميائية سواء التفاعلات الكيميائية المعملية أم العمليات الحيوية التي تتم في جسم الإنسان. فتلعب الجذور دورا في تفاعلات احتراق الاحتراق ، كيمياء غلاف جوي كيمياء الغلاف الجوي ، بلمرة البلمرة ، كيمياء بلازما كيمياء البلازما ، كيمياء حيوية والكيمياء الحيوية ، وعديد من التفاعلات الكيميائية الأخرى. وتستخدم تعبيري الجذور الحرة و الجذور يستخدما بالتبادل ويدلان على نفس الشيء . وعموما فإن الجذر الحر يمكن أن يقع في < > تأثير القفص (كيمياء) مصيدة مذيب أو أن يكون مترابط . وتاريخيا فإن تعبير < >الجذر كان يستخدم كمرجع لمجموعة من الذرات التي لا تتغير خلال التفاعل، ولكن هذا الاستخدام للمصطلح < >جذر لم يعد يستخدم هذه الأيام. وقد كان أول جذر حر عضوي يتم التعرف عليه هو (جذر < >ترايفينيل ميثيل) عن طريق موزس غومبيرغ في عام 1900 . Gombergm01 يسار تصغير موزس غومبيرغ (< >1866-1947) من أمثلة الجذور الحرة جذر ال هيدروكسيل (HO•), وهو جزيء ماء فاقدا ذرة هيدروجين ، وتبقت فيه بالتالي ربطة سائبة حرة. ومثالين أخرين جذر ميثيلين الميثيلين ( ch CH 2 ) وسائب فيه ربطتان و أنيون أكسيد فائق فوق أكسيد (• ch O 2 - ), وهو جزيء أكسجين ch O 2 وبه إلكترون إضافي يتسبب في ربطة سائبة حرة. هذا على عكس أنيون الهيدروكسيل ( ch HO - ), أو أنيون الأكسيد ( ch O 2- ) و كاتيون الكربينيوم ( ch CH 3 + ) فهم لا يعدون من الجذور الحرة نظرا إلى أن روابطهم التي تبدو سائبة سريعا ما ترتبط بإلكترون أو تفقد إلكترون ، أو إلكترونات.

2025-11-15 16:38:43

تعرف على - اتصل بى - قريب - عربى - نرمى - مصبغة - حراج - الدليل الصحى العربى -