Klasyfikacja reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej.
Wykład: Klasyfikacja reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej
Rodzaje reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej
A) Klasyfikacja według ilości substancji wyjściowych:
Rozkład – w wyniku tej reakcji z jednej istniejącej substancji złożonej powstają dwie lub więcej substancji prostych i jednocześnie złożonych.
Przykład: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2Mieszanina - jest to reakcja, w której dwie lub więcej substancji prostych i złożonych tworzą jedną, ale bardziej złożoną.
Przykład: 4Al+3O 2 → 2Al 2 O 3
Podstawienie - jest to pewna reakcja chemiczna zachodząca pomiędzy substancjami prostymi i złożonymi. Atomy substancji prostej w tej reakcji zastępowane są atomami jednego z pierwiastków występujących w substancji złożonej.Przykład: 2КI + Cl2 → 2КCl + I 2
Giełda - Jest to reakcja, w której dwie substancje o złożonej budowie wymieniają się swoimi częściami.Przykład: HCl + KNO 2 → KCl + HNO 2
B) Klasyfikacja według efektu termicznego:
Reakcje egzotermiczne - Są to pewne reakcje chemiczne, podczas których wydziela się ciepło.Przykłady:
S + O 2 → SO 2 + Q
2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 +6H 2 O + Q
Reakcje endotermiczne
- Są to pewne reakcje chemiczne, podczas których pochłaniane jest ciepło. Z reguły są to reakcje rozkładu.
Przykłady:
CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 – Q
Ciepło wydzielane lub pochłaniane w wyniku reakcji chemicznej nazywa się ciepłem efekt termiczny.
Nazywa się równania chemiczne wskazujące efekt termiczny reakcji termochemiczny.
B) Klasyfikacja według odwracalności:
Reakcje odwracalne - są to reakcje zachodzące w tych samych warunkach we wzajemnie przeciwnych kierunkach.Przykład: 3H 2 + N 2 ⇌ 2NH 3
Nieodwracalne reakcje - są to reakcje, które przebiegają tylko w jednym kierunku i kończą się całkowitym zużyciem wszystkich substancji wyjściowych. W tych reakcjach zwolnij jest gaz, osad, woda.Przykład: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2
D) Klasyfikacja według zmiany stopnia utlenienia:
Reakcje redoks – podczas tych reakcji następuje zmiana stopnia utlenienia.Przykład: Cu + 4HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O.
Nie redoks – reakcje bez zmiany stopnia utlenienia.Przykład: HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O.
D) Klasyfikacja według fazy:
Reakcje jednorodne – reakcje zachodzące w jednej fazie, gdy substancje wyjściowe i produkty reakcji mają ten sam stan skupienia.Przykład: H 2 (gaz) + Cl 2 (gaz) → 2HCL
Reakcje heterogeniczne – reakcje zachodzące na granicy faz, w których produkty reakcji i substancje wyjściowe mają różne stany skupienia.Przykład: CuO+ H 2 → Cu+H 2 O
Klasyfikacja według zastosowania katalizatora:
Katalizator to substancja przyspieszająca reakcję. Reakcja katalityczna zachodzi w obecności katalizatora, reakcja niekatalityczna zachodzi bez katalizatora.
Przykład: 2H 2 0 2 MnO2 →
Katalizator 2H 2 O + O 2 MnO 2
Oddziaływanie zasady z kwasem zachodzi bez katalizatora.
Przykład: KOH + HCl →
KCl + H2O
Inhibitory to substancje spowalniające reakcję.
Same katalizatory i inhibitory nie są zużywane podczas reakcji.
Rodzaje reakcji chemicznych w chemii organicznej
Podstawienie to reakcja, podczas której jeden atom/grupa atomów w pierwotnej cząsteczce zostaje zastąpiony innymi atomami/grupami atomów.
Przykład: CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
Przystąpienie - Są to reakcje, w których kilka cząsteczek substancji łączy się w jedną. Reakcje addycji obejmują:
- Uwodornienie to reakcja, podczas której do wiązania wielokrotnego dodaje się wodór.
Przykład: CH 3 -CH = CH 2 (propen) + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3 (propan)
Hydrohalogenacja– reakcja polegająca na dodaniu halogenowodoru.
Przykład: CH 2 = CH 2 (eten) + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl (chloroetan)
Alkiny reagują z halogenowodorami (chlorowodorem, bromowodorem) w taki sam sposób jak alkeny. Dodawanie w reakcji chemicznej odbywa się w 2 etapach i jest określone przez regułę Markownikowa:
Kiedy kwasy protonowe i woda dodają się do niesymetrycznych alkenów i alkinów, atom wodoru dodaje się do najbardziej uwodornionego atomu węgla.
Mechanizm tej reakcji chemicznej. Utworzony w pierwszym, szybkim etapie, kompleks p w drugim wolnym etapie stopniowo przekształca się w kompleks s – karbokation. W III etapie następuje stabilizacja karbokationu – czyli oddziaływanie z anionem bromowym:
I1, I2 to karbokationy. P1, P2 - bromki.
Halogenowanie - reakcja, w której dodaje się halogen. Halogenowanie odnosi się także do wszystkich procesów, w wyniku których atomy halogenu wprowadzane są do związków organicznych. Pojęcie to jest używane w „szerokim znaczeniu”. Zgodnie z tą koncepcją wyróżnia się następujące reakcje chemiczne oparte na halogenowaniu: fluorowanie, chlorowanie, bromowanie, jodowanie.
Pochodne organiczne zawierające halogeny uważane są za najważniejsze związki stosowane zarówno w syntezie organicznej, jak i jako produkty docelowe. Halogenowe pochodne węglowodorów są uważane za produkty wyjściowe w wielu reakcjach podstawienia nukleofilowego. Jeśli chodzi o praktyczne zastosowanie związków zawierających chlorowce, stosuje się je w postaci rozpuszczalników, np. związków zawierających chlor, czynników chłodniczych – pochodnych chlorofluorowych, freonów, pestycydów, farmaceutyków, plastyfikatorów, monomerów do produkcji tworzyw sztucznych.
Uwodnienie– reakcje addycji cząsteczki wody poprzez wiązanie wielokrotne.
Polimeryzacja to szczególny rodzaj reakcji, podczas której cząsteczki substancji o stosunkowo małej masie cząsteczkowej łączą się ze sobą, tworząc w efekcie cząsteczki substancji o dużej masie cząsteczkowej.
| |
Klasyfikacja reakcji chemicznych.
Reakcje chemiczne dzieli się ze względu na zmiany liczby i składu substancji wyjściowych i produktów reakcji na następujące typy:
reakcje połączenia- kilka substancji łączy się w jeden produkt;
reakcje rozkładu- z jednej substancji wyjściowej powstaje kilka produktów;
reakcje substytucji- substancja prosta zastępuje część atomów substancji złożonej;
reakcje wymiany- substancje złożone wymieniają swoje części składowe.
Ze względu na efekt termiczny reakcje chemiczne można podzielić na egzotermiczny- płynący z wydzielaniem ciepła i endotermiczny- postępowanie z absorpcją ciepła.
Biorąc pod uwagę zjawisko katalizy, reakcje mogą zachodzić katalityczny- przy użyciu katalizatorów i niekatalityczny- bez użycia katalizatorów.
W zależności od zmiany stopnia utlenienia reakcje dzielimy na redoks– następuje w nich zmiana stopni utlenienia atomów i reakcja bez zmiany stopnia utlenienia atomy.
W oparciu o obecność granicy faz reakcje dzieli się na jednorodne i niejednorodne. Procesy jednorodne zachodzą w jednej fazie, procesy heterogeniczne zachodzą na granicy faz.
W oparciu o odwracalność reakcje dzielą się na odwracalny I nieodwracalny. Nieodwracalne reakcje zachodzą do momentu całkowitego przereagowania substancji; odwracalny - do momentu osiągnięcia równowagi chemicznej, która charakteryzuje się równymi szybkościami reakcji w przód i w tył oraz obecnością w mieszaninie reakcyjnej zarówno materiałów wyjściowych, jak i produktów reakcji.
Równowaga chemiczna jest dynamiczna i może ulegać przesunięciu w tę lub inną stronę poprzez zmianę warunków reakcji (stężenie substancji, temperatura, ciśnienie). Kierunek przesunięcia równowagi można przewidzieć korzystając z zasady Le Chateliera: jeśli na układ będący w równowadze wpływają czynniki zewnętrzne, to równowaga w układzie przesuwa się w kierunku reakcji osłabiającej ten wpływ.
Reakcje chemiczne zachodzą z określoną szybkością. Dział chemii zajmujący się badaniem wpływu różnych czynników na szybkość reakcji chemicznych, a także mechanizmy przemian chemicznych nazywa się Kinetyka chemiczna.
Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznej: temperatura, ciśnienie, stężenie substancji, obecność katalizatora.
Wpływ temperatury na szybkość reakcji określa reguła Van't Hoffa: w zakresie temperatur od 0 o C do 100 o C, przy każdym wzroście temperatury o 10 stopni, szybkość reakcji chemicznej wzrasta o 2-4 czasy.
Kataliza- selektywne przyspieszanie jednego z kierunków reakcji chemicznej pod wpływem katalizatora. Katalizatory biorą udział w procesach pośrednich, ale są przywracane pod koniec reakcji. Zjawisko katalizy jest zjawiskiem powszechnym w przyrodzie (większość procesów zachodzących w organizmach żywych ma charakter katalityczny) i ma szerokie zastosowanie w technice (w rafinacji ropy naftowej i petrochemii, przy produkcji kwasu siarkowego, amoniaku, kwasu azotowego itp.). Większość reakcji przemysłowych ma charakter katalityczny.
Występuje ujemna kataliza lub hamowanie. Inhibitory– substancje spowalniające reakcję chemiczną (np. inhibitory korozji).
Specjalną grupę tworzą reakcje autokatalityczne. W nich jeden z produktów reakcji służy jako katalizator konwersji substancji wyjściowych.
Katalizatory naturalne nazywane są enzymy, enzymy przyspieszają procesy biochemiczne wewnątrz organizmu. Substancjami wyjściowymi do syntezy enzymów są koenzymy. Organizm nie jest w stanie syntetyzować wielu koenzymów z pożywienia i musi je otrzymać w postaci gotowej. To jest na przykład witaminy.
Różnorodność reakcji chemicznych, których nie można policzyć, nie może zostać objęta jedną uniwersalną klasyfikacją, dlatego dzieli się je według pewnych wspólnych cech. Każda z tych cech może obejmować reakcje pomiędzy substancjami nieorganicznymi i organicznymi.
Po pierwsze, są to reakcje bez zmiany składu substancji i reakcje ze zmianą składu.
Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji:
AlCl3,t
CH3-CH2-CH2-CH3 > CH3-CH-CH3
Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu substancji:
6 CO2 + 6 H2O = C6H12O6 + 6 O2
W chemii organicznej ten typ reakcji obejmuje reakcje izomeryzacji. W ten sposób przeprowadza się izomeryzację alkanów w celu otrzymania benzyny o wysokiej liczbie oktanowej.
W przypadku procesów chemicznych zachodzących pomiędzy odczynnikami nieorganicznymi najczęściej stosuje się następujące klasyfikacje:
1. Liczba i skład substancji wyjściowych i produktów reakcji.
2. Stan fizyczny odczynników i produktów reakcji.
3. Liczba faz, w których znajdują się uczestnicy reakcji.
4. Charakter przenoszonych cząstek.
5. Możliwość wystąpienia reakcji w kierunku do przodu i do tyłu.
6. Znak efektu termicznego
Często łączone są ze sobą różne metody klasyfikacji (ryc. 1).
Rysunek 1 - Znak klasyfikacji reakcji chemicznych
Przyjrzyjmy się bliżej każdemu rodzajowi reakcji chemicznej.
1. Klasyfikacja ze względu na liczbę i skład odczynników oraz substancji końcowych (tab. 1).
Tabela 1 - Rodzaje reakcji chemicznych i ich mechanizmy
1. Reakcje złożone. D.I. Mendelejew zdefiniował związek jako reakcję, „w której zachodzi jedna z dwóch substancji. Tak więc, gdy związek reaguje z kilkoma reagującymi substancjami o stosunkowo prostym składzie, otrzymuje się jedną substancję o bardziej złożonym składzie
Reakcje złożone obejmują procesy spalania prostych substancji (siarki, fosforu, węgla) w powietrzu. Na przykład węgiel spala się w powietrzu C + O 2 = CO 2 (oczywiście reakcja ta zachodzi stopniowo, najpierw powstaje tlenek węgla CO). Z reguły reakcjom tym towarzyszy wydzielanie ciepła, tj. prowadzą do powstania bardziej stabilnych i mniej energochłonnych związków - są egzotermiczne.
Reakcje związków substancji prostych mają zawsze charakter redoks. Reakcje złożone zachodzące pomiędzy substancjami złożonymi mogą zachodzić bez zmiany wartościowości
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3)2
więc należą do liczby redoks
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.
2. Reakcje rozkładu. Reakcje rozkładu chemicznego, zdaniem Mendelejewa, „są przypadkami odwrotnymi do kombinacji, to znaczy takimi, w których z jednej substancji powstają dwie lub, ogólnie rzecz biorąc, dana liczba substancji wytwarza ich większą liczbę.
Reakcje rozkładu prowadzą do powstania kilku związków z jednej złożonej substancji
A = B + C + D
Produkty rozkładu substancji złożonej mogą być zarówno substancjami prostymi, jak i złożonymi. Przykładem reakcji rozkładu jest reakcja chemiczna rozkładu kredy (lub wapienia pod wpływem temperatury): CaCO 3 = CaO + CO 2. Do zajścia reakcji rozkładu na ogół potrzebne jest ciepło. Takie procesy są endotermiczne, tj. kontynuować absorpcję ciepła. Spośród reakcji rozkładu zachodzących bez zmiany stanów wartościowości na uwagę zasługuje rozkład krystalicznych hydratów, zasad, kwasów i soli kwasów zawierających tlen
CuSO4 · 5H2O = CuSO4 + 5H2O,
Cu(OH)2 = CuO + H2O,
H2SiO3 = SiO2 + H2O.
Reakcje rozkładu redoks obejmują rozkład tlenków, kwasów i soli utworzonych przez pierwiastki na wyższych stopniach utlenienia
2SO3 = 2SO2 + O2,
4HNO3 = 2H2O + 4NO2O + O2O,
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,
(NH4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O.
Reakcje rozkładu redoks są szczególnie charakterystyczne dla soli kwasu azotowego.
Reakcje rozkładu w chemii organicznej, w przeciwieństwie do reakcji rozkładu w chemii nieorganicznej, mają swoją specyfikę. Można je uznać za procesy odwrotne do addycji, ponieważ najczęściej skutkują powstaniem wielokrotnych wiązań lub cykli.
Reakcje rozkładu w chemii organicznej nazywane są Pękanie
С18H38 = С9H18 + С9H20
Lub odwodornienie C4H10 = C4H6 + 2H2.
W pozostałych dwóch typach reakcji liczba reagentów jest równa liczbie produktów.
3. Reakcje podstawienia. Ich cechą wyróżniającą jest oddziaływanie substancji prostej ze złożoną. Takie reakcje zachodzą także w chemii organicznej. Jednak pojęcie „podstawienia” w chemii organicznej jest szersze niż w chemii nieorganicznej. Jeżeli w cząsteczce substancji pierwotnej jakikolwiek atom lub grupa funkcyjna zostanie zastąpiona innym atomem lub grupą, to są to także reakcje podstawienia, chociaż z punktu widzenia chemii nieorganicznej proces ten wygląda jak reakcja wymiany.
W reakcjach podstawienia substancja prosta zwykle reaguje z substancją złożoną, tworząc inną substancję prostą i kolejny kompleks A + BC = AB + C
Na przykład zanurzając stalowy gwóźdź w roztworze siarczanu miedzi, otrzymujemy siarczan żelaza (miedź wypierana przez żelazo z jej soli) Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu.
Reakcje te w przeważającej mierze należą do reakcji redoks.
2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3,
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2,
2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2,
2КlO3 + l2 = 2KlO3 + Сl2.
Przykłady reakcji podstawienia, którym nie towarzyszy zmiana stanów walencyjnych atomów, jest niezwykle nieliczna.
Należy zauważyć reakcję dwutlenku krzemu z solami kwasów zawierających tlen, które odpowiadają gazowym lub lotnym bezwodnikom
CaCO3+ SiO2 = CaSiO3 + CO2,
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5.
Czasami reakcje te są uważane za reakcje wymiany
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.
4. Reakcje wymiany (w tym neutralizacja). Reakcje wymiany to reakcje między dwoma związkami, podczas których wymieniają się między sobą swoimi składnikami.
AB + CD = AD + CB
Duża ich liczba występuje w roztworach wodnych. Przykładem reakcji wymiany chemicznej jest neutralizacja kwasu zasadą
NaOH+HCl=NaCl+H2O.
Tutaj w reagentach (substancjach po lewej stronie) jon wodoru ze związku HCl zostaje wymieniony na jon sodu ze związku NaOH, w wyniku czego powstaje roztwór soli kuchennej w wodzie.
Jeśli podczas reakcji podstawienia zachodzą procesy redoks, wówczas reakcje wymiany zawsze zachodzą bez zmiany stanu wartościowości atomów. Jest to najczęstsza grupa reakcji pomiędzy substancjami złożonymi - tlenkami, zasadami, kwasami i solami
ZnO + Н2SO4 = ZnSO4 + Н2О,
AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3,
CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3NaCl.
Szczególnym przypadkiem tych reakcji wymiany jest reakcja neutralizacji
HCl + KOH = KCl + H2O.
Zazwyczaj reakcje te podlegają prawom równowagi chemicznej i przebiegają w kierunku, w którym co najmniej jedna z substancji zostanie usunięta ze sfery reakcji w postaci gazowej, lotnej substancji, osadu lub słabo dysocjującego (w przypadku roztworów) związku
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2^,
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3v + 2H2O,
CH3COONa + H3PO4 = CH3COON + NaH2PO4.
Jednak wiele reakcji nie mieści się w zadanym prostym schemacie. Na przykład reakcji chemicznej pomiędzy nadmanganianem potasu (nadmanganianem potasu) a jodkiem sodu nie można sklasyfikować jako jednego z tych typów. Takie reakcje są zwykle nazywane na przykład reakcjami redoks
2KMnO4+10NaI+ 8H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+5I2+8H2O.
Reakcje redoks w chemii nieorganicznej obejmują wszystkie reakcje podstawienia oraz te reakcje rozkładu i kombinacji, w których bierze udział co najmniej jedna prosta substancja. W wersji bardziej ogólnej (obejmującej chemię organiczną) we wszystkich reakcjach biorą udział substancje proste. I odwrotnie, reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących reagenty i produkty reakcji obejmują wszystkie reakcje wymiany.
2. Klasyfikacja reakcji ze względu na charakterystykę fazową
W zależności od stanu skupienia reagujących substancji wyróżnia się następujące reakcje:
1. Reakcje gazowe:
2. Reakcje w roztworach:
NaOH(roztwór) + HCl(p-p) = NaCl(p-p) + H2O(l).
3. Reakcje pomiędzy ciałami stałymi:
CaO(s) + SiO2(s) = CaSiO3(s).
Reakcja chemiczna to proces przemiany substancji, podczas którego obserwuje się zmianę ich struktury lub składu. W wyniku tego procesu substancje wyjściowe, czyli odczynniki, przekształcane są w produkty końcowe. Obecnie powstała bardzo jasna klasyfikacja reakcji chemicznych.
Opisz reakcje za pomocą równań. Oznaki reakcji chemicznych
Istnieje kilka klasyfikacji, z których każda uwzględnia jedną lub więcej cech. Na przykład reakcje chemiczne można podzielić, zwracając uwagę na:
- ilość i skład odczynników i produktów końcowych;
- stan skupienia substancji początkowej i końcowej (postać gazowa, ciekła, stała);
- liczba faz;
- charakter cząstek przenoszonych podczas reakcji (jon, elektron);
- efekt termiczny;
- możliwość wystąpienia reakcji w odwrotnym kierunku.
Warto zauważyć, że reakcje chemiczne są zwykle zapisywane za pomocą wzorów i równań. W tym przypadku lewa strona równania opisuje skład odczynników i charakter ich interakcji, a po prawej stronie widać produkty końcowe. Kolejną bardzo ważną kwestią jest to, że liczba atomów każdego pierwiastka po prawej i lewej stronie musi być równa. Tylko w ten sposób można to zaobserwować
Jak już wspomniano, istnieje wiele klasyfikacji. Najczęściej stosowane zostaną omówione tutaj.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na skład, ilość produktów początkowych i końcowych
Zawierają kilka substancji, które łączą się, tworząc bardziej złożoną substancję. W większości przypadków tej reakcji towarzyszy wydzielanie ciepła.
Odczynnikiem wyjściowym jest złożony związek, który podczas procesu rozkładu tworzy kilka prostszych substancji. Takie reakcje mogą mieć charakter redoks lub zachodzić bez zmiany wartościowości.
Reakcje substytucji to interakcja pomiędzy substancją złożoną i prostą. W tym procesie następuje wymiana dowolnego atomu złożonej substancji. Reakcję można przedstawić schematycznie w następujący sposób:
A + BC = AB + C
Reakcje wymiany to proces, podczas którego dwa odczynniki wyjściowe wymieniają między sobą swoje części składowe. Na przykład:
AB + SD = AD + SV
Reakcje przeniesienia charakteryzują się przeniesieniem atomu lub grupy atomów z jednej substancji na drugą.
Klasyfikacja reakcji chemicznych: procesy odwracalne i nieodwracalne
Inną ważną cechą reakcji jest możliwość procesu odwrotnego.
Zatem reakcje odwracalne to reakcje, których produkty mogą oddziaływać ze sobą, tworząc te same substancje wyjściowe. Z reguły cecha ta musi być wyświetlona w równaniu. W tym przypadku dwie przeciwnie skierowane strzałki są umieszczone pomiędzy lewą i prawą stroną równania.
W wyniku nieodwracalnej reakcji chemicznej jego produkty nie są w stanie ze sobą reagować - przynajmniej w normalnych warunkach.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na efekt termiczny
Reakcje termochemiczne dzielą się na dwie główne grupy:
- procesy egzotermiczne, podczas których obserwuje się wydzielanie ciepła (energii);
- procesy endotermiczne wymagające absorpcji energii z zewnątrz.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na liczbę faz i charakterystykę faz
Jak już wspomniano, substancje mają również ogromne znaczenie dla pełnej charakterystyki reakcji chemicznej. Na podstawie tych cech zwyczajowo rozróżnia się:
- reakcje gazowe;
- reakcje w roztworach;
- procesy chemiczne pomiędzy
Jednak produkty początkowe i końcowe nie zawsze należą do jednego stanu skupienia. Dlatego reakcje są klasyfikowane na podstawie liczby faz:
- reakcje jednofazowe lub jednorodne to procesy, których produkty znajdują się w tym samym stanie (w większości przypadków taka reakcja zachodzi albo w fazie gazowej, albo w roztworze);
- (wielofazowe) - reagenty i produkty końcowe mogą znajdować się w różnych stanach skupienia.
DEFINICJA
Reakcja chemiczna nazywane są przemianami substancji, w których następuje zmiana ich składu i (lub) struktury.
Najczęściej reakcje chemiczne rozumiane są jako proces przekształcania substancji wyjściowych (odczynników) w substancje końcowe (produkty).
Reakcje chemiczne zapisuje się za pomocą równań chemicznych zawierających wzory substancji wyjściowych i produktów reakcji. Zgodnie z prawem zachowania masy liczba atomów każdego pierwiastka po lewej i prawej stronie równania chemicznego jest taka sama. Zwykle wzory substancji wyjściowych zapisuje się po lewej stronie równania, a wzory produktów po prawej. Równość liczby atomów każdego pierwiastka po lewej i prawej stronie równania osiąga się poprzez umieszczenie przed wzorami substancji całkowitych współczynników stechiometrycznych.
Równania chemiczne mogą zawierać dodatkowe informacje o charakterystyce reakcji: temperaturze, ciśnieniu, promieniowaniu itp., co jest oznaczone odpowiednim symbolem powyżej (lub „poniżej”) znaku równości.
Wszystkie reakcje chemiczne można podzielić na kilka klas, które mają pewne cechy.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na liczbę i skład substancji wyjściowych i powstałych
Zgodnie z tą klasyfikacją reakcje chemiczne dzielą się na reakcje łączenia, rozkładu, podstawienia i wymiany.
W rezultacie reakcje złożone z dwóch lub więcej (złożonych lub prostych) substancji powstaje jedna nowa substancja. Ogólnie równanie takiej reakcji chemicznej będzie wyglądać następująco:
Na przykład:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
2Mg + O2 = 2MgO.
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
Reakcje związku są w większości przypadków egzotermiczne, tj. kontynuować uwalnianie ciepła. Jeśli w reakcji biorą udział substancje proste, to najczęściej są to reakcje redoks (ORR), tj. występują wraz ze zmianami stopni utlenienia pierwiastków. Nie da się jednoznacznie stwierdzić, czy reakcja związku pomiędzy substancjami złożonymi będzie klasyfikowana jako ORR.
Reakcje, w wyniku których powstaje kilka innych nowych substancji (złożonych lub prostych) z jednej substancji złożonej, klasyfikuje się jako reakcje rozkładu. Ogólnie równanie reakcji chemicznej rozkładu będzie wyglądać następująco:
Na przykład:
CaCO 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 = 2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)
Większość reakcji rozkładu zachodzi po podgrzaniu (1,4,5). Możliwy rozkład pod wpływem prądu elektrycznego (2). Rozkład krystalicznych hydratów, kwasów, zasad i soli kwasów zawierających tlen (1, 3, 4, 5, 7) zachodzi bez zmiany stopni utlenienia pierwiastków, tj. reakcje te nie są związane z ODD. Reakcje rozkładu ORR obejmują rozkład tlenków, kwasów i soli utworzonych przez pierwiastki na wyższych stopniach utlenienia (6).
Reakcje rozkładu występują również w chemii organicznej, ale pod innymi nazwami - kraking (8), odwodornienie (9):
do 18 godz. 38 = do 9 godz. 18 + do 9 godz. 20 (8)
do 4 H. 10 = do 4 H. 6 + 2H 2 (9)
Na reakcje substytucji substancja prosta oddziałuje z substancją złożoną, tworząc nową substancję prostą i nową złożoną. Ogólnie równanie reakcji podstawienia chemicznego będzie wyglądać następująco:
Na przykład:
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (2)
2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2 (3)
2КlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)
Większość reakcji podstawienia to reakcje redoks (1 – 4, 7). Przykłady reakcji rozkładu, w których nie następuje zmiana stopnia utlenienia, są nieliczne (5, 6).
Reakcje wymiany to reakcje zachodzące pomiędzy substancjami złożonymi, podczas których wymieniają się swoimi częściami składowymi. Zazwyczaj termin ten stosuje się do reakcji z udziałem jonów w roztworze wodnym. Ogólnie równanie reakcji wymiany chemicznej będzie wyglądać następująco:
AB + CD = AD + CB
Na przykład:
CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O (1)
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
Reakcje wymiany nie są redoks. Szczególnym przypadkiem tych reakcji wymiany jest reakcja zobojętniania (reakcja kwasów z zasadami) (2). Reakcje wymiany przebiegają w kierunku, w którym co najmniej jedna z substancji zostaje usunięta ze sfery reakcyjnej w postaci substancji gazowej (3), osadu (4, 5) lub słabo dysocjującego związku, najczęściej wody (1, 2) ).
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na zmiany stopni utlenienia
W zależności od zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących odczynniki i produkty reakcji, wszystkie reakcje chemiczne dzielą się na reakcje redoks (1, 2) i te, które zachodzą bez zmiany stopnia utlenienia (3, 4).
2Mg + CO2 = 2MgO + C (1)
Mg 0 – 2e = Mg 2+ (reduktor)
C 4+ + 4e = C 0 (utleniacz)
FeS 2 + 8HNO 3 (stęż.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e = Fe 3+ (reduktor)
N 5+ +3e = N 2+ (utleniacz)
AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na efekt termiczny
W zależności od tego, czy podczas reakcji wydziela się, czy pochłania ciepło (energia), wszystkie reakcje chemiczne umownie dzieli się na odpowiednio egzotermiczne (1, 2) i endotermiczne (3). Ilość ciepła (energii) uwolnionego lub pochłoniętego podczas reakcji nazywa się efektem termicznym reakcji. Jeżeli równanie wskazuje ilość ciepła uwolnionego lub pochłoniętego, wówczas takie równania nazywane są termochemicznymi.
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)
2Mg + O2 = 2MgO + 602,5 kJ (2)
N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 kJ (3)
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na kierunek reakcji
Ze względu na kierunek reakcji rozróżnia się procesy odwracalne (procesy chemiczne, których produkty mogą reagować ze sobą w takich samych warunkach, w jakich powstały, tworząc substancje wyjściowe) i nieodwracalne (procesy chemiczne, których produkty nie są mogą ze sobą reagować, tworząc substancje wyjściowe).
W przypadku reakcji odwracalnych równanie w ogólnej formie zwykle zapisuje się w następujący sposób:
A + B ↔ AB
Na przykład:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
Przykłady nieodwracalnych reakcji obejmują następujące reakcje:
2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
Dowodem nieodwracalności reakcji może być uwolnienie jako produktów reakcji substancji gazowej, osadu lub słabo dysocjującego związku, najczęściej wody.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na obecność katalizatora
Z tego punktu widzenia rozróżnia się reakcje katalityczne i niekatalityczne.
Katalizator to substancja przyspieszająca przebieg reakcji chemicznej. Reakcje zachodzące z udziałem katalizatorów nazywane są katalitycznymi. Niektóre reakcje w ogóle nie mogą zachodzić bez obecności katalizatora:
2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (katalizator MnO 2)
Często jeden z produktów reakcji służy jako katalizator przyspieszający tę reakcję (reakcje autokatalityczne):
MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, gdzie Me oznacza metal.
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1