Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Класифікація хімічних реакцій за різними ознаками

Різноманітність хімічних реакцій, кількість яких не піддається підрахунками, неможливо охопити єдиної універсальної класифікації, тому їх поділяють за певними загальними ознаками. Під будь-який з таких ознак можуть бути віднесені реакції, як між неорганічними, так і між органічними речовинами.

По-перше, це реакції без зміни складу речовини і реакції зі зміною складу.

Реакції, що йдуть без зміни складу речовин:

3 О2 = 2 О3

AlCl 3, t

СН3-СН2-СН2-СН3 → СН3-СН-СН3

C Н3

Реакції, що йдуть зі зміною складу речовин:

6 СО2 + 6 Н2О = С6Н12О6 + 6 О2

У органічної хімії до цього типу реакцій належать реакції ізомеризації. Так, ізомеризації алканів проводять для отримання бензину з великим октановим числом.

Для хімічних процесів, що відбуваються між неорганічними реагентами, найбільш часто використовуються такі класифікації:

1. Число і склад вихідних речовин і продуктів реакції.

2. Агрегатний стан реагентів та продуктів реакції.

3. Число фаз, в яких перебувають учасники реакції.

4. Природа переносимих частинок.

5. Можливість протікання реакції в прямому і зворотному напрямку.

6. Знак теплового ефекту

Різні способи класифікації часто поєднуються один з одним (рис.1).

Рисунок 1 - Ознака класифікації хімічних реакцій

Розглянемо більш детально кожен з типів хімічних реакцій.

1. Класифікація за кількістю та складом реагентів і кінцевих речовин (табл.1)

Таблиця 1 - Типи хімічних реакцій та їх механізми

Хімічні реакції сполучення	Хімічні реакції розкладання	Хімічні реакції заміщення	Хімічні реакції іонного обміну
A + B = AB З декількох простих або складних речовин утворюється одне складне	AB = A + B З складної речовини утворюється кілька простих чи складних речовин	A + BC = AC + B Атом простого речовини заміщає один з атомів складного	AB + CD = AD + CB Складні речовини обмінюються своїми складовими частинами

1. Реакції з'єднання. Д. І. Менделєєв визначав з'єднання як реакцію, «при якій з двох речовин відбувається одне. Отже, при реакціях з'єднання з декількох реагентів щодо простого складу виходить одна речовина більш складного складу.

A + B + C = D

До реакцій з'єднання відносять процеси горіння простих речовин (сірки, фосфору, вуглецю) на повітрі. Наприклад, вуглець горить на повітрі С + О 2 = СО 2 (звичайно ця реакція протікає поступово, спочатку утворюється чадний газ СО). Як правило, ці реакції супроводжуються виділенням тепла, тобто приводять до утворення більш стійких і менш багатих енергією сполук - є екзотермічні.

Реакції з'єднання простих речовин завжди носять окислювально-відновний характер. Реакції сполуки, які відбуваються між складними речовинами, можуть відбуватися як без зміни валентності

СаСО3 + СО2 + Н2О = Са (НСО3) 2

так і ставитися до числа окислювально-відновних

2FеСl2 + Сl2 = 2FеСl3.

2. Реакції розкладу. Хімічні реакції розкладу, за Менделєєву, «становлять випадки, зворотні з'єднанню, тобто такі, при яких одна речовина дає два, або, взагалі, дане число речовин - більше їх число.

Реакції розкладу призводять до утворення декількох з'єднань з одного складного речовини.

А = В + С + D

Продуктами розкладання складної речовини можуть бути як прості, так і складні речовини. Прикладом реакції розкладання може служити хімічна реакція розкладання крейди (або вапняку під впливом температури): _СаСО3 = СаО + _СО2. Для проведення реакції розкладання, як правило, потрібно нагрівання. Такі процеси - ендотермічні, тобто протікають з поглинанням теплоти. З реакцій розкладання, що протікають без зміни валентних станів, слід зазначити розкладання кристалогідратів, основ, кислот і солей кисневмісних кислот

t ^o

CuSO4 5H2O = CuSO4 + 5H2O,

t ^o

Cu (OH) 2 = CuO + H2O,

t ^o

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O.

До реакцій розкладання окислювально-відновного характеру належить розкладання оксидів, кислот і солей, утворених елементами у вищих ступенях окислення

t ^o

2SO3 = 2SO2 + O2,

t ^o

4HNO3 = 2H2O + 4NO2O + O2O,

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,

(NH4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O.

Особливо характерні окисно-відновні реакції розкладу для солей азотної кислоти.

Реакції розкладу в органічній хімії, на відміну від реакцій розкладання в неорганічної хімії, мають свою специфіку. Їх можна розглядати як процеси, зворотні приєднання, оскільки в результаті найчастіше утворюються кратні зв'язку або цикли.

Реакції розкладу в органічній хімії звуться крекінгу

С18H38 = С9H18 + С9H20

або дегидрирования C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2 H 2.

У реакціях двох інших типів число реагентів дорівнює числу продуктів.

3. Реакції заміщення. Їх відмітна ознака - взаємодія простого речовини зі складним. Такі реакції є і в органічній хімії. Однак поняття «заміщення» в органіці ширше, ніж в неорганічної хімії. Якщо в молекулі вихідної речовини будь-якої атом або функціональна група замінюються на інший атом або групу, це теж реакції заміщення, хоча з точки зору неорганічної хімії процес виглядає як реакція обміну.

При реакціях заміщення зазвичай проста речовина взаємодіє зі складним, утворюючи інше проста речовина і інше складне А + ВС = АВ + С

Наприклад, опустивши сталевий цвях в розчин мідного купоросу отримуємо залізний купорос (залізо витіснило мідь з її солі) Fe + CuSO ₄ = FeSO ₄ + Cu.

Ці реакції в переважній більшості належать до окисно-відновних

2Аl + Fe2O3 = 2Fе + Аl2О3,

Zn + 2НСl = ZnСl2 + Н2,

2КВr + Сl2 = 2КСl + Вr2,

2КС lO 3 + l 2 = 2 KlO 3 + З l 2.

Приклади реакцій заміщення, не супроводжуються зміною валентних станів атомів, вкрай нечисленні.

Слід відзначити реакцію двоокису кремнію з солями кисневмісних кислот, яким відповідають газоподібні або леткі ангідриди

СаСО3 + SiO2 = СаSiO3 + СО2,

Са3 (РО4) 2 + ЗSiO2 = ЗСаSiO3 + Р2О5.

Іноді ці реакції розглядають як реакції обміну

СН4 + Сl2 = СН3Сl + НСl.

4. Реакції обміну (у тому числі і нейтралізації). Реакціями обміну називають реакції між двома сполуками, які обмінюються між собою своїми складовими частинами

АВ + СD = АD + СВ

Велика їх кількість протікає у водних розчинах. Прикладом хімічної реакції обміну може служити нейтралізація кислоти лугом

NaOH + HCl = NaCl + Н ₂ О.

Тут в реагентах (речовинах, що стоять зліва) іон водню із з'єднання HCl обмінюється з іоном натрію із з'єднання NaOH, в результаті чого утворюється розчин кухонної солі у воді.

Якщо при реакціях заміщення протікають окисно-відновні процеси, то реакції обміну завжди відбуваються без зміни валентного стану атомів. Це найбільш поширена група реакцій між складними речовинами - оксидами, основами, кислотами та солями.

ZnO + Н2SО4 = ZnSО4 + Н2О,

AgNО3 + КВr = АgВr + КNО3,

СrСl3 + ЗNаОН = Сr (ОН) 3 + ЗNаСl.

Окремий випадок цих реакцій обміну - реакції нейтралізації

НСl + КОН = КСl + Н2О.

Зазвичай ці реакції підкоряються законам хімічної рівноваги і протікають в тому напрямку, де хоча б одне з речовин видаляється зі сфери реакції у вигляді газоподібного, летючого речовини, осаду або малодиссоциирующий (для розчинів) з'єднання

NаНСО3 + НСl = NаСl + Н2О + СО2 ↑,

Са (НСО3) 2 + Са (ОН) 2 = 2СаСО3 ↓ + 2Н2О,

СН3СООNа + Н3РО4 = СН3СООН + NаН2РО4.

Однак дуже багато реакції не вкладаються в наведену просту схему. Наприклад, хімічна реакція між перманганатом калію (марганцівкою) і иодидом натрію не може бути віднесена ні до одного з вказаних типів. Такі реакції, зазвичай, називають окисно-відновні, наприклад

2KMnO ₄ +10 NaI +8 H ₂ SO ₄ = 2MnSO ₄ + K ₂ SO ₄ +5 Na ₂ SO ₄ +5 I ₂ +8 H ₂ O.

До окислювально-відновним в неорганічної хімії відносяться всі реакції заміщення і ті реакції розкладу і сполуки, в яких бере участь хоча б одне просте речовина. У більш узагальненому варіанті (вже з обліком та органічної хімії), всі реакції за участю простих речовин. І, навпаки, до реакцій, що йдуть без зміни ступенів окислення елементів, що утворюють реагенти і продукти реакції, відносяться всі реакції обміну.

2. Класифікація реакцій за фазовим ознаками

Залежно від агрегатного стану реагуючих речовин розрізняють такі реакції:

1. Газові реакції:

t ^o

H 2 + Cl 2 = 2 HCl.

2. Реакції в розчинах:

NaОН (р-р) + НСl (pp) = NaСl (pp) + Н2О (ж).

3. Реакції між твердими речовинами:

t ^o

СаО (тв) + SiO2 (тв) = СаSiO3 (тв).

3. Класифікація реакцій за кількістю фаз

Під фазою розуміють сукупність однорідних частин системи з однаковими фізичними і хімічними властивостями і відокремлених один від одного поверхнею розділу.

Все різноманіття реакцій з цієї точки зору можна розділити на два класи.

1. Гомогенні (однофазні) реакції. До них відносять реакції, що протікають у газовій фазі, і цілий ряд реакцій, що протікають в розчинах.

2. Гетерогенні (багатофазні) реакції. До них відносять реакції, в яких реагенти і продукти реакції перебувають в різних фазах. Наприклад:

газожідкофазние реакції

CO2 (г) + NaOH (pp) = NaHCO3 (pp),

газотвердофазние реакції

СO2 (г) + СаО (тв) = СаСO3 (тв),

жідкотвердофазние реакції

Na2SO4 (р-р) + ВаСl3 (р-р) = ВаSО4 (тв) ↓ + 2NaСl (pp),

жідкогазотвердофазние реакції

Са (НСО3) 2 (р-р) + Н2SО4 (р-р) = СО2 (г) ↑ + Н2О (ж) + СаSО4 (тв) ↓.

4. Класифікація реакцій за типом переносимих частинок

1. Протолітична реакц ії

До протолитических реакцій відносять хімічні процеси, суть яких полягає в перенесенні протона від одних реагуючих речовин до інших.

В основі цієї класифікації лежить протолитических теорія кислот і підстав, відповідно до якої кислотою вважають будь-яка речовина, що віддає протон, а підставою - речовина, здатна приєднувати протон, наприклад

CH 3 COOH + H 2 O = CH 3 COO - + H 3 O +

кіслотаI основаніеI основаніеI I кіслотаII,

NH 3 + H 2 O = NH 4 + + OH -

основаніеI кіслотаII кіслотаII основаніеII.

До протолитических реакцій відносять реакції нейтралізації та гідролізу.

2. Окислювально-відновні реакції.

До таких відносять реакції, в яких реагуючі речовини обмінюються електронами, змінюючи при цьому ступені окислення атомів елементів, що входять до складу реагуючих речовин. Наприклад:

Zn + 2H + → Zn2 + + H2 ↑,

FeS 2 + 8 HNO 3 (конц) = Fe (NO 3) 3 + 5 NO ↑ + 2 H 2 SO 4 + 2 H 2 O.

3. Ліганднообменние реакції

До таких відносять реакції, в ході яких відбувається перенесення електронної пари з утворенням ковалентного зв'язку за донорно-акцепторному механізму. Наприклад:

Cu (NO3) 2 + 4NH3 = [Cu (NH3) 4] (NO3) 2,

Fe + 5CO = [Fe (CO) 5],

Al (OH) 3 + NaOH = [NaAl (OH) 4].

Характерною особливістю ліганднообменних реакцій є те, що утворення нових сполук, які називаються комплексними, відбувається без зміни ступеня окислення.

4. Реакції атомно-молекулярного обміну.

До даного типу реакцій належать багато з досліджуваних в органічній хімії реакцій заміщення, що протікають по радикальному, електрофільного або нуклеофільного механізму.

5. Зворотні і незворотні хімічні реакції

Оборотними називають такі хімічні процеси, продукти яких здатні реагувати один з одним у тих же умовах, в яких вони отримані, з утворенням вихідних речовин.

Для оборотних реакцій рівняння прийнято записувати в такий спосіб А + В АВ.

Дві протилежно спрямовані стрілки вказують на те, що при одних і тих же умовах одночасно протікає як пряма, так і зворотна реакція, наприклад

СН3СООН + С2Н5ОН СН3СООС2Н5 + Н2О.

Необоротними називають такі хімічні процеси, продукти яких не здатні реагувати один з одним з утворенням вихідних речовин. Прикладами необоротних реакцій може служити розкладання бертолетової солі при нагріванні

2КС l О3 → 2КС l + ЗО2 ↑,

або окислення глюкози киснем повітря

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.009 сек.