Rodzaje reakcji chemicznych na przykładach chemii nieorganicznej. Klasyfikacja reakcji chemicznych
Klasyfikacja reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej
Reakcje chemiczne, czyli zjawiska chemiczne, to procesy, w wyniku których z niektórych substancji powstają inne, różniące się od nich składem i (lub) strukturą.
Podczas reakcji chemicznych koniecznie następuje zmiana substancji, w wyniku której stare wiązania zostają zerwane i powstają nowe wiązania między atomami.
Należy odróżnić reakcje chemiczne reakcje jądrowe. W wyniku reakcji chemicznej całkowita liczba atomów każdego pierwiastka chemicznego i jego skład izotopowy nie ulegają zmianie. Reakcje jądrowe to inna sprawa - procesy transformacji jąder atomowych w wyniku ich oddziaływania z innymi jądrami lub cząstkami elementarnymi, na przykład przemiana glinu w magnez:
$↙(13)↖(27)(Al)+ ()↙(1)↖(1)(H)=()↙(12)↖(24)(Mg)+()↙(2)↖(4 )(On)$
Klasyfikacja reakcji chemicznych jest wieloaspektowa, tj. może opierać się na różnych cechach. Ale każda z tych cech może obejmować reakcje pomiędzy substancjami nieorganicznymi i organicznymi.
Rozważmy klasyfikację reakcji chemicznych według różnych kryteriów.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na liczbę i skład reagentów. Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji
W chemii nieorganicznej do takich reakcji zalicza się procesy otrzymywania alotropowych modyfikacji jednego pierwiastka chemicznego, np.:
$С_((grafit))⇄С_((diament))$
$S_((rombowy))⇄S_((jednoskośny))$
$Р_((biały))⇄Р_((czerwony))$
$Sn_((biała puszka))⇄Sn_((szara puszka))$
$3О_(2(tlen))⇄2О_(3(ozon))$.
W chemii organicznej do tego typu reakcji można zaliczyć reakcje izomeryzacji, które zachodzą bez zmiany nie tylko jakościowego, ale także ilościowego składu cząsteczek substancji, na przykład:
1. Izomeryzacja alkanów.
Reakcja izomeryzacji alkanów ma ogromne znaczenie praktyczne, ponieważ węglowodory o izostrukturze mają mniejszą zdolność do detonacji.
2. Izomeryzacja alkenów.
3. Izomeryzacja alkinów(reakcja A.E. Favorsky'ego).
4. Izomeryzacja haloalkanów(AE Favorsky).
5. Izomeryzacja cyjanianu amonu przez ogrzewanie.
Mocznik został po raz pierwszy zsyntetyzowany przez F. Wöhlera w 1882 r. poprzez izomeryzację cyjanianu amonu po podgrzaniu.
Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu substancji
Można wyróżnić cztery rodzaje takich reakcji: kombinacja, rozkład, podstawienie i wymiana.
1. Reakcje złożone- Są to reakcje, w których z dwóch lub więcej substancji powstaje jedna złożona substancja.
W chemii nieorganicznej całą gamę reakcji złożonych można rozważyć na przykładzie reakcji wytwarzania kwasu siarkowego z siarki:
1) otrzymywanie tlenku siarki (IV):
$S+O_2=SO_2$ - z dwóch substancji prostych powstaje jedna substancja złożona;
2) otrzymywanie tlenku siarki (VI):
$2SO_2+O_2(⇄)↖(t,p,cat.)2SO_3$ - jedna substancja złożona powstaje z substancji prostych i złożonych;
3) otrzymywanie kwasu siarkowego:
$SO_3+H_2O=H_2SO_4$ - dwie substancje złożone tworzą jedną substancję złożoną.
Przykładem złożonej reakcji, w której z więcej niż dwóch substancji wyjściowych powstaje jedna substancja złożona, jest końcowy etap wytwarzania kwasu azotowego:
$4NO_2+O_2+2H_2O=4HNO_3$.
W chemii organicznej reakcje łączenia są powszechnie nazywane reakcjami addycji. Całą różnorodność takich reakcji można rozważyć na przykładzie bloku reakcji charakteryzujących właściwości substancji nienasyconych, np. etylenu:
1) reakcja uwodornienia - dodanie wodoru:
$CH_2(=)↙(eten)CH_2+H_2(→)↖(Ni,t°)CH_3(-)↙(etan)CH_3;$
2) reakcja hydratacji – dodanie wody:
$CH_2(=)↙(eten)CH_2+H_2O(→)↖(H_3PO_4,t°)(C_2H_5OH)↙(etanol);$
3) reakcja polimeryzacji:
$(nCH_2=CH_2)↙(etylen)(→)↖(p,kat.,t°)((-CH_2-CH_2-)_n)↙(polietylen)$
2. Reakcje rozkładu- Są to reakcje, w których z jednej złożonej substancji powstaje kilka nowych substancji.
W chemii nieorganicznej całą gamę takich reakcji można rozważyć na przykładzie bloku reakcji wytwarzania tlenu metodami laboratoryjnymi:
1) rozkład tlenku rtęci (II):
$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$ - z jednej złożonej substancji powstają dwa proste;
2) rozkład azotanu potasu:
$2KNO_3(→)↖(t°)2KNO_2+O_2$ - z jednej substancji złożonej powstaje jedna prosta i jeden kompleks;
3) rozkład nadmanganianu potasu:
$2KMnO_4(→)↖(t°)K_2MnO_4+MnO_2+O_2$ - z jednej substancji złożonej powstają dwie złożone i jedna prosta, tj. trzy nowe substancje.
W chemii organicznej reakcje rozkładu można rozważyć na przykładzie bloku reakcji produkcji etylenu w laboratorium i przemyśle:
1) reakcja odwodnienia (eliminacji wody) etanolu:
$C_2H_5OH(→)↖(H_2SO_4,t°)CH_2=CH_2+H_2O;$
2) reakcja odwodornienia (eliminacji wodoru) etanu:
$CH_3—CH_3(→)↖(Cr_2O_3,500°C)CH_2=CH_2+H_2;$
3) reakcja krakingu propanu:
$CH_3-CH_2CH_3(→)↖(t°)CH_2=CH_2+CH_4.$
3. Reakcje podstawienia- są to reakcje, w wyniku których atomy substancji prostej zastępują atomy pierwiastka w substancji złożonej.
W chemii nieorganicznej przykładem takich procesów jest blok reakcji charakteryzujących właściwości np. metali:
1) oddziaływanie metali alkalicznych i ziem alkalicznych z wodą:
$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$
2) oddziaływanie metali z kwasami w roztworze:
$Zn+2HCl=ZnCl_2+H_2$;
3) oddziaływanie metali z solami w roztworze:
$Fe+CuSO_4=FeSO_4+Cu;$
4) metalotermia:
$2Al+Cr_2O_3(→)↖(t°)Al_2O_3+2Cr$.
Przedmiotem badań chemii organicznej nie są proste substancje, ale tylko związki. Dlatego jako przykład reakcji podstawienia przedstawiamy najbardziej charakterystyczną właściwość związków nasyconych, w szczególności metanu, zdolność do zastępowania jego atomów wodoru przez atomy halogenu:
$CH_4+Cl_2(→)↖(hν)(CH_3Cl)↙(chlorometan)+HCl$,
$CH_3Cl+Cl_2 →(CH_2Cl_2)↙(dichlorometan)+HCl$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→(CHCl_3)↙(trichlorometan)+HCl$,
$CHCl_3+Cl_2 →(CCl_4)↙(czterochlorek węgla)+HCl$.
Innym przykładem jest bromowanie związku aromatycznego (benzenu, toluenu, aniliny):
Zwróćmy uwagę na specyfikę reakcji podstawienia w substancjach organicznych: w wyniku takich reakcji nie powstaje prosta i złożona substancja, jak w chemii nieorganicznej, ale dwie złożone substancje.
W chemii organicznej reakcje podstawienia obejmują również pewne reakcje między dwiema złożonymi substancjami, na przykład nitrowanie benzenu:
$C_6H_6+(HNO_3)↙(benzen)(→)↖(H_2SO_4(stęż.),t°)(C_6H_5NO_2)↙(nitrobenzen)+H_2O$
Formalnie jest to reakcja wymiany. Fakt, że jest to reakcja podstawienia, staje się jasny dopiero po rozważeniu jej mechanizmu.
4. Reakcje wymiany- Są to reakcje, w których dwie złożone substancje wymieniają swoje części składowe.
Reakcje te charakteryzują właściwości elektrolitów i w roztworach przebiegają według reguły Berthollet’a, tj. tylko wtedy, gdy w wyniku tego wytrąci się osad, gaz lub substancja lekko dysocjująca (na przykład $H_2O$).
W chemii nieorganicznej może to być blok reakcji charakteryzujących np. właściwości zasad:
1) reakcja neutralizacji zachodząca wraz z tworzeniem się soli i wody:
$NaOH+HNO_3=NaNO_3+H_2O$
lub w formie jonowej:
$OH^(-)+H^(+)=H_2O$;
2) reakcja zasady i soli, która zachodzi wraz z tworzeniem się gazu:
$2NH_4Cl+Ca(OH)_2=CaCl_2+2NH_3+2H_2O$
lub w formie jonowej:
$NH_4^(+)+OH^(-)=NH_3+H_2O$;
3) reakcja zasady z solą, która zachodzi wraz z utworzeniem osadu:
$CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2↓+K_2SO_4$
lub w formie jonowej:
$Cu^(2+)+2OH^(-)=Cu(OH)_2↓$
W chemii organicznej możemy rozważyć blok reakcji charakteryzujący np. właściwości kwasu octowego:
1) reakcja zachodząca podczas tworzenia słabego elektrolitu - $H_2O$:
$CH_3COOH+NaOH⇄NaCH_3COO+H_2O$
$CH_3COOH+OH^(-)⇄CH_3COO^(-)+H_2O$;
2) reakcja zachodząca wraz z tworzeniem się gazu:
$2CH_3COOH+CaCO_3=2CH_3COO^(-)+Ca^(2+)+CO_2+H_2O$;
3) reakcja zachodząca wraz z utworzeniem osadu:
$2CH_3COOH+K_2SiO_3=2KCH_3COO+H_2SiO_3↓$
$2CH_3COOH+SiO_3^(-)=2CH_3COO^(-)+H_2SiO_3↓$.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na zmiany stopni utlenienia pierwiastków tworzących substancje
Reakcje zachodzące wraz ze zmianą stopnia utlenienia pierwiastków, czyli reakcje redoks.
Należą do nich wiele reakcji, w tym wszystkie reakcje podstawienia, a także te reakcje łączenia i rozkładu, w których bierze udział co najmniej jedna prosta substancja, na przykład:
1.$(Mg)↖(0)+(2H)↖(+1)+SO_4^(-2)=(Mg)↖(+2)SO_4+(H_2)↖(0)$
$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(czynnik redukujący)(→)↖(utlenianie)(Mg)↖(+2)$
$((2H)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(utleniacz)(→)↖(redukcja)(H_2)↖(0)$
2.$(2Mg)↖(0)+(O_2)↖(0)=(2Mg)↖(+2)(O)↖(-2)$
$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktor)(→)↖(utlenianie)(Mg)↖(+2)|4|2$
$((O_2)↖(0)+4(e)↖(-))↙(utleniacz)(→)↖(redukcja)(2O)↖(-2)|2|1$
Jak pamiętasz, złożone reakcje redoks są zestawiane przy użyciu metody równowagi elektronowej:
$(2Fe)↖(0)+6H_2(S)↖(+6)O_(4(k))=(Fe_2)↖(+3)(SO_4)_3+3(S)↖(+4)O_2+ 6H_2O $
$((Fe)↖(0)-3(e)↖(-))↙(reduktor)(→)↖(utlenianie)(Fe)↖(+3)|2$
$((S)↖(+6)+2(e)↖(-))↙(utleniacz)(→)↖(redukcja)(S)↖(+4)|3$
W chemii organicznej uderzającym przykładem reakcji redoks są właściwości aldehydów:
1. Aldehydy redukuje się do odpowiednich alkoholi:
$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(H_2)↖(0))↙(\text"aldehyd octowy") ( →)↖(Ni,t°)(CH_3-(C)↖(-1)(H_2)↖(+1)(O)↖(-2)(H)↖(+1))↙(\text " alkohol etylowy”)$
$((C)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(utleniacz)(→)↖(redukcja)(C)↖(-1)|1$
$((H_2)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktor)(→)↖(utlenianie)2(H)↖(+1)|1$
2. Aldehydy utleniają się do odpowiednich kwasów:
$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(Ag_2)↖(+1)(O)↖(-2)) ↙(\text"aldehyd octowy"))(→)↖(t°)(CH_3-(Ag)↖(0)(C)↖(+3)(O)↖(-2)(OH)↖(-2 +1)+2(Ag)↖(0)↓)↙(\text"alkohol etylowy")$
$((C)↖(+1)-2(e)↖(-))↙(reduktor)(→)↖(utlenianie)(C)↖(+3)|1$
$(2(Ag)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(utleniacz)(→)↖(redukcja)2(Ag)↖(0)|1$
Reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych.
Należą do nich na przykład wszelkie reakcje wymiany jonowej, a także:
- wiele reakcji złożonych:
$Li_2O+H_2O=2LiOH;$
- wiele reakcji rozkładu:
$2Fe(OH)_3(→)↖(t°)Fe_2O_3+3H_2O;$
- reakcje estryfikacji:
$HCOOH+CH_3OH⇄HCOOCH_3+H_2O$.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na efekt termiczny
Ze względu na efekt termiczny reakcje dzielimy na egzotermiczne i endotermiczne.
Reakcje egzotermiczne.
Reakcje te zachodzą wraz z uwolnieniem energii.
Należą do nich prawie wszystkie reakcje złożone. Rzadkim wyjątkiem jest endotermiczna reakcja syntezy tlenku azotu (II) z azotu i tlenu oraz reakcja gazowego wodoru ze stałym jodem:
$N_2+O_2=2NO - Q$,
$H_(2(g))+I(2(t))=2HI - Q$.
Reakcje egzotermiczne zachodzące wraz z uwolnieniem światła klasyfikuje się jako reakcje spalania, na przykład:
$4P+5O_2=2P_2O_5+Q,$
$CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O+Q$.
Uwodornienie etylenu jest przykładem reakcji egzotermicznej:
$CH_2=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3-CH_3+Q$
Działa w temperaturze pokojowej.
Reakcje endotermiczne
Reakcje te zachodzą wraz z absorpcją energii.
Oczywiście obejmują one prawie wszystkie reakcje rozkładu, na przykład:
a) kalcynacja wapienia:
$CaCO_3(→)↖(t°)CaO+CO_2-Q;$
b) kraking butanu:
Ilość energii uwolnionej lub pochłoniętej w wyniku reakcji nazywa się Efekt termiczny reakcji, a równanie reakcji chemicznej wskazujące na ten efekt nazywa się równanie termochemiczne, Na przykład:
$H_(2(g))+Cl_(2(g))=2HCl_((g))+92,3 kJ,$
$N_(2(g))+O_(2(g))=2NO_((g)) - 90,4 kJ$.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na stan skupienia reagujących substancji (skład fazowy)
Reakcje heterogeniczne.
Są to reakcje, w których reagenty i produkty reakcji znajdują się w różnych stanach agregacji (w różnych fazach):
$2Al_((t))+3CuCl_(2(sol))=3Cu_((t))+2AlCl_(3(sol))$,
$CaC_(2(t))+2H_2O_((l))=C_2H_2+Ca(OH)_(2(roztwór))$.
Reakcje jednorodne.
Są to reakcje, w których reagenty i produkty reakcji znajdują się w tym samym stanie skupienia (w tej samej fazie):
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na udział katalizatora
Reakcje niekatalityczne.
Zachodzą reakcje niekatalityczne bez udziału katalizatora:
$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$,
$C_2H_4+3O_2(→)↖(t°)2CO_2+2H_2O$.
Reakcje katalityczne.
Reakcje katalityczne są w toku z udziałem katalizatora:
$2KClO_3(→)↖(MnO_2,t°)2KCl+3O_2,$
$(C_2H_5OH)↙(etanol)(→)↖(H_2SO-4,t°)(CH_2=CH_2)↙(eten)+H_2O$
Ponieważ wszystkie reakcje biologiczne zachodzące w komórkach organizmów żywych zachodzą przy udziale specjalnych katalizatorów biologicznych o charakterze białkowym - enzymów, wszystkie mają charakter katalityczny, a dokładniej: enzymatyczny.
Należy zauważyć, że ponad 70% dolarów przemysłu chemicznego wykorzystuje katalizatory.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na kierunek
Nieodwracalne reakcje.
Nieodwracalne reakcje przepływ w tych warunkach tylko w jednym kierunku.
Należą do nich wszelkie reakcje wymiany, którym towarzyszy powstawanie osadu, gazu lub substancji lekko dysocjującej (wody), a także wszelkie reakcje spalania.
Reakcje odwracalne.
Odwracalne reakcje w tych warunkach zachodzą jednocześnie w dwóch przeciwnych kierunkach.
Zdecydowana większość takich reakcji to tzw.
W chemii organicznej znak odwracalności odzwierciedlają antonimy procesów:
- uwodornienie - odwodornienie;
- nawodnienie - odwodnienie;
- polimeryzacja - depolimeryzacja.
Wszystkie reakcje estryfikacji (proces odwrotny, jak wiadomo, nazywa się hydrolizą) i hydrolizy białek, estrów, węglowodanów i polinukleotydów są odwracalne. Odwracalność leży u podstaw najważniejszego procesu w żywym organizmie - metabolizmu.
Klasyfikacji reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej i organicznej dokonuje się na podstawie różnych cech klasyfikacyjnych, o których informacje podano w poniższej tabeli.
Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków
Pierwsza oznaka klasyfikacji opiera się na zmianie stopnia utlenienia pierwiastków tworzących reagenty i produkty.
a) redoks
b) bez zmiany stopnia utlenienia
Redoks nazywane są reakcjami, którym towarzyszy zmiana stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych tworzących odczynniki. Reakcje redoks w chemii nieorganicznej obejmują wszystkie reakcje podstawienia oraz te reakcje rozkładu i kombinacji, w których bierze udział co najmniej jedna prosta substancja. Reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących reagenty i produkty reakcji obejmują wszystkie reakcje wymiany.
Według liczby i składu odczynników i produktów
Reakcje chemiczne klasyfikuje się ze względu na charakter procesu, to znaczy liczbę i skład odczynników i produktów.
Reakcje złożone to reakcje chemiczne, w wyniku których z kilku prostszych powstają złożone cząsteczki, na przykład:
4Li + O2 = 2Li2O
Reakcje rozkładu nazywane są reakcjami chemicznymi, w wyniku których z bardziej złożonych powstają proste cząsteczki, na przykład:
CaCO3 = CaO + CO2
Reakcje rozkładu można uznać za procesy odwrotne do łączenia.
Reakcje podstawienia to reakcje chemiczne, w wyniku których atom lub grupa atomów w cząsteczce substancji zostaje zastąpiona innym atomem lub grupą atomów, na przykład:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
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.
- wymiana (w tym neutralizacja).
Reakcje wymiany to reakcje chemiczne zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków i prowadzące do wymiany części składowych reagentów, na przykład:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3
Jeśli to możliwe, przepływ w przeciwnym kierunku
Jeśli to możliwe, przepływ w przeciwnym kierunku - odwracalny i nieodwracalny.
Odwracalny to reakcje chemiczne zachodzące w danej temperaturze jednocześnie w dwóch przeciwnych kierunkach i z porównywalnymi prędkościami. Podczas zapisywania równań takich reakcji znak równości zastępuje się strzałkami skierowanymi przeciwnie. Najprostszym przykładem reakcji odwracalnej jest synteza amoniaku w wyniku oddziaływania azotu i wodoru:
N2+3H2 ↔2NH3
Nieodwracalny to reakcje zachodzące tylko w kierunku do przodu, w wyniku których powstają produkty, które nie oddziałują ze sobą. Do nieodwracalnych reakcji zalicza się reakcje chemiczne, w wyniku których powstają lekko zdysocjowane związki, wyzwolenie dużej ilości energii, a także takie, w których końcowe produkty opuszczają sferę reakcyjną w postaci gazowej lub w postaci osadu, np. :
HCl + NaOH = NaCl + H2O
2Ca + O2 = 2CaO
BaBr2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaBr
Przez efekt termiczny
Egzotermiczny nazywane są reakcjami chemicznymi zachodzącymi podczas wydzielania ciepła. Symbol zmiany entalpii (zawartości ciepła) ΔH i efektu termicznego reakcji Q. Dla reakcji egzotermicznych Q > 0 i ΔH< 0.
Endotermiczny to reakcje chemiczne polegające na absorpcji ciepła. W przypadku reakcji endotermicznych Q< 0, а ΔH > 0.
Reakcje łączenia będą na ogół reakcjami egzotermicznymi, a reakcje rozkładu będą endotermiczne. Rzadkim wyjątkiem jest reakcja azotu z tlenem - endotermiczna:
N2 + O2 → 2NO – Q
Według fazy
Jednorodny nazywane są reakcjami zachodzącymi w ośrodku jednorodnym (substancje jednorodne w jednej fazie, np. g-g, reakcje w roztworach).
Heterogeniczny to reakcje zachodzące w ośrodku niejednorodnym, na powierzchni styku reagujących substancji znajdujących się w różnych fazach, na przykład stałej i gazowej, ciekłej i gazowej, w dwóch niemieszających się cieczach.
W zależności od zastosowania katalizatora
Katalizator to substancja przyspieszająca reakcję chemiczną.
Reakcje katalityczne zachodzą jedynie w obecności katalizatora (w tym enzymatycznego).
Reakcje niekatalityczne iść w przypadku braku katalizatora.
Według rodzaju odprawy
Reakcje homolityczne i heterolityczne rozróżnia się na podstawie rodzaju rozerwania wiązań chemicznych w cząsteczce wyjściowej.
Homolityczny nazywane są reakcjami, w których w wyniku zerwania wiązań powstają cząstki posiadające niesparowany elektron – wolne rodniki.
Heterolityczny to reakcje zachodzące poprzez powstawanie cząstek jonowych – kationów i anionów.
- homolityczny (równa przerwa, każdy atom otrzymuje 1 elektron)
- heterolityczny (nierówna przerwa - dostaje się parę elektronów)
Rodnik(łańcuch) to reakcje chemiczne z udziałem rodników, na przykład:
CH 4 + Cl 2 hv →CH 3 Cl + HCl
joński to reakcje chemiczne zachodzące z udziałem jonów, np.:
KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓
Reakcje elektrofilowe to reakcje heterolityczne związków organicznych z elektrofilami – cząsteczkami posiadającymi całkowity lub ułamkowy ładunek dodatni. Dzieli się je na reakcje podstawienia elektrofilowego i addycji elektrofilowej, na przykład:
C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl
H2C =CH2 + Br2 → BrCH2 –CH2Br
Reakcje nukleofilowe to reakcje heterolityczne związków organicznych z nukleofilami – cząsteczkami przenoszącymi cały lub ułamkowy ładunek ujemny. Dzieli się je na reakcje podstawienia nukleofilowego i addycji nukleofilowej, na przykład:
CH3Br + NaOH → CH3OH + NaBr
CH 3 C(O)H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH(OC 2 H 5) 2 + H 2 O
Klasyfikacja reakcji organicznych
Klasyfikację reakcji organicznych podano w tabeli:
Reakcje chemiczne- są to procesy, w wyniku których z niektórych substancji powstają inne, różniące się od nich składem i (lub) strukturą.
Klasyfikacja reakcji:
I. Według liczby i składu reagentów i produktów reakcji:
1) Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji:
W chemii nieorganicznej są to reakcje przemiany niektórych modyfikacji alotropowych w inne:
C (grafit) → C (diament); P (biały) → P (czerwony).
W chemii organicznej są to reakcje izomeryzacji – reakcje, w wyniku których z cząsteczek jednej substancji powstają cząsteczki innych substancji o tym samym składzie jakościowym i ilościowym, tj. o tym samym wzorze cząsteczkowym, ale innej strukturze.
CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH-CH 3
n-butan 2-metylopropan (izobutan)
2) Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu substancji:
a) Reakcje złożone (w chemii organicznej addycji) - reakcje, podczas których dwie lub więcej substancji tworzą jedną bardziej złożoną: S + O 2 → SO 2
W chemii organicznej są to reakcje uwodornienia, halogenowania, hydrohalogenowania, hydratacji, polimeryzacji.
CH 2 = CH 2 + HOH → CH 3 – CH 2 OH
b) Reakcje rozkładu (w chemii organicznej, eliminacja, eliminacja) - reakcje, podczas których z jednej substancji złożonej powstaje kilka nowych substancji:
CH 3 – CH 2 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O
2KNO 3 →2KNO 2 + O 2
W chemii organicznej przykładami reakcji eliminacji są odwodornienie, odwodnienie, odwodorohalogenacja i krakowanie.
c) Reakcje podstawienia - reakcje, podczas których atomy substancji prostej zastępują atomy jakiegoś pierwiastka w substancji złożonej (w chemii organicznej reagentami i produktami reakcji są często dwie substancje złożone).
CH 4 + Cl 2 → CH 3Cl + HCl; 2Na+ 2H 2O → 2NaOH + H2
Przykłady reakcji podstawienia, którym nie towarzyszy zmiana stopnia utlenienia atomów, są niezwykle nieliczne. Należy zauważyć reakcję tlenku krzemu z solami kwasów zawierających tlen, które odpowiadają tlenkom gazowym lub lotnym:
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5
d) Reakcje wymiany - reakcje, podczas których dwie substancje złożone wymieniają swoje składniki:
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O,
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O
II. Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych tworzących substancje
1) Reakcje zachodzące wraz ze zmianą stopnia utlenienia, czyli ORR:
∙2| N +5 + 3e – → N +2 (proces redukcji, pierwiastek – utleniacz),
∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (proces utleniania, pierwiastek – reduktor),
8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
W chemii organicznej:
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH – CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
2) Reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych:
Li 2 O + H 2 O → 2LiOH,
HCOOH + CH 3OH → HCOOCH 3 + H 2 O
III. Przez efekt termiczny
1) Reakcje egzotermiczne zachodzą wraz z uwolnieniem energii:
C + O 2 → CO 2 + Q,
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q
2) Reakcje endotermiczne zachodzą podczas absorpcji energii:
СaCO 3 → CaO + CO 2 - Q
C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q
IV. Według stanu skupienia reagujących substancji
1) Reakcje heterogeniczne - reakcje, podczas których reagenty i produkty reakcji znajdują się w różnych stanach skupienia:
Fe(sol) + CuSO 4 (sol) → Cu(sol) + FeSO 4 (sol),
CaC 2 (stały) + 2H 2 O (l) → Ca(OH) 2 (roztwór) + C 2 H 2 (g)
2) Reakcje jednorodne - reakcje, podczas których reagenty i produkty reakcji znajdują się w tym samym stanie skupienia:
H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl (g),
2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) → 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
V. Poprzez udział katalizatora
1) Reakcje niekatalityczne zachodzące bez udziału katalizatora:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O, C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
2) Reakcje katalityczne z udziałem katalizatorów:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
VI. W kierunku
1) Nieodwracalne reakcje zachodzą w danych warunkach tylko w jednym kierunku:
C 2H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
2) Odwracalne reakcje w tych warunkach zachodzą jednocześnie w dwóch przeciwnych kierunkach: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3
VII. Zgodnie z mechanizmem przepływu
1) Mechanizm radykalny.
A: B → A· + ·B
Następuje homolityczne (równe) rozerwanie wiązania. Podczas rozszczepienia hemolitycznego para elektronów tworzących wiązanie zostaje rozdzielona w taki sposób, że każda z powstałych cząstek otrzymuje jeden elektron. W tym przypadku powstają rodniki - nienaładowane cząstki z niesparowanymi elektronami. Rodniki są cząstkami bardzo reaktywnymi, reakcje z ich udziałem zachodzą w fazie gazowej z dużą szybkością i często z eksplozją.
Reakcje radykalne zachodzą pomiędzy rodnikami i cząsteczkami powstałymi podczas reakcji:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
Przykłady: reakcje spalania substancji organicznych i nieorganicznych, synteza wody, amoniaku, reakcje halogenowania i nitrowania alkanów, izomeryzacja i aromatyzacja alkanów, katalityczne utlenianie alkanów, polimeryzacja alkenów, chlorek winylu itp.
2) Mechanizm jonowy.
A: B → :A - + B +
Następuje heterolityczne (nierówne) rozerwanie wiązania, w którym oba elektrony wiążące pozostają z jedną z wcześniej związanych cząstek. Tworzą się naładowane cząstki (kationy i aniony).
Reakcje jonowe zachodzą w roztworach pomiędzy jonami już obecnymi lub powstałymi podczas reakcji.
Na przykład w chemii nieorganicznej jest to oddziaływanie elektrolitów w roztworze, w chemii organicznej są to reakcje addycji do alkenów, utleniania i odwodornienia alkoholi, podstawienia grupy alkoholowej i inne reakcje charakteryzujące właściwości aldehydów i kwasów karboksylowych.
VIII. Ze względu na rodzaj energii inicjującej reakcję:
1) Reakcje fotochemiczne zachodzą pod wpływem kwantów światła. Na przykład synteza chlorowodoru, oddziaływanie metanu z chlorem, produkcja ozonu w przyrodzie, procesy fotosyntezy itp.
2) Reakcje radiacyjne inicjowane są przez promieniowanie wysokoenergetyczne (promienie rentgenowskie, promienie γ).
3) Reakcje elektrochemiczne inicjowane są przez prąd elektryczny, na przykład podczas elektrolizy.
4) Reakcje termochemiczne inicjowane są energią cieplną. Należą do nich wszystkie reakcje endotermiczne i wiele reakcji egzotermicznych, które do zainicjowania wymagają ciepła.
Kodyfikator tematów jednolitego egzaminu państwowego: Klasyfikacja reakcji chemicznych w chemii organicznej i nieorganicznej.
Reakcje chemiczne - jest to rodzaj oddziaływania cząstek, gdy z jednej substancji chemicznej powstają inne, różniące się od nich właściwościami i strukturą. Substancje, które Wchodzić w reakcji - odczynniki. Substancje, które powstają podczas reakcji chemicznej - produkty.
Podczas reakcji chemicznej wiązania chemiczne zostają zerwane i powstają nowe.
Podczas reakcji chemicznych atomy biorące udział w reakcji nie ulegają zmianie. Zmienia się jedynie kolejność łączenia atomów w cząsteczkach. Zatem, liczba atomów tej samej substancji nie zmienia się podczas reakcji chemicznej.
Reakcje chemiczne są klasyfikowane według różnych kryteriów. Rozważmy główne rodzaje klasyfikacji reakcji chemicznych.
Klasyfikacja ze względu na liczbę i skład substancji reagujących
Ze względu na skład i liczbę reagujących substancji reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji dzielą się na reakcje zachodzące ze zmianą składu substancji:
1. Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji (A → B)
Do takich reakcji w chemii nieorganicznej Alotropowe przejścia prostych substancji z jednej modyfikacji do drugiej można przypisać:
S ortormbowy → S jednoskośny.
W Chemia organiczna takie reakcje obejmują reakcje izomeryzacji , gdy z jednego izomeru pod wpływem katalizatora i czynników zewnętrznych otrzymuje się inny (zwykle izomer strukturalny).
Na przykład, izomeryzacja butanu do 2-metylopropanu (izobutanu):
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3) -CH 3.
2. Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu
- Reakcje złożone (A + B + ... → D)- są to reakcje, w których z dwóch lub więcej substancji powstaje jedna nowa substancja złożona. W chemia nieorganiczna Reakcje złożone obejmują reakcje spalania prostych substancji, oddziaływanie tlenków zasadowych z tlenkami kwasowymi itp. W chemii organicznej takie reakcje nazywane są reakcjami przystąpienia Reakcje addycji — Są to reakcje, w których do danej cząsteczki organicznej dodaje się inną cząsteczkę. Reakcje addycji obejmują reakcje uwodornienie(oddziaływanie z wodorem), uwodnienie(podłączenie wody), hydrohalogenacja(dodatek halogenowodoru), polimeryzacja(łączenie cząsteczek ze sobą w celu utworzenia długiego łańcucha) itp.
Na przykład, nawilżenie:
CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
- Reakcje rozkładu (A → B+C+…)- są to reakcje, podczas których z jednej złożonej cząsteczki powstaje kilka mniej złożonych lub prostych substancji. W tym przypadku mogą powstawać zarówno substancje proste, jak i złożone.
Na przykład, podczas rozkładu nadtlenek wodoru:
2H2O2→ 2H 2O + O 2 .
W chemii organicznej oddzielne reakcje rozkładu i reakcje eliminacji . Reakcje eliminacji — Są to reakcje, podczas których atomy lub grupy atomowe oddzielają się od pierwotnej cząsteczki, zachowując jej szkielet węglowy.
Na przykład, reakcja odwodornienia (odwodornienia) z propan:
C 3 H 8 → C 3 H 6 + H 2
Z reguły nazwa takich reakcji zawiera przedrostek „de”. Reakcje rozkładu w chemii organicznej zwykle obejmują przerwanie łańcucha węglowego.
Na przykład, reakcja pękanie butanu(rozszczepianie na prostsze cząsteczki przez ogrzewanie lub pod wpływem katalizatora):
C 4 H 10 → C 2 H 4 + C 2 H 6
- Reakcje podstawienia - są to reakcje, podczas których atomy lub grupy atomów jednej substancji zostają zastąpione atomami lub grupami atomów innej substancji. W chemii nieorganicznej Reakcje te zachodzą według następującego schematu:
AB + C = AC + B.
Na przykład, bardziej aktywny halogeny wypierać mniej aktywne ze związków. Interakcja jodek potasu Z chlor:
2KI + Cl 2 → 2KCl + I 2.
Można zastąpić zarówno pojedyncze atomy, jak i cząsteczki.
Na przykład, po fuzji mniej lotnych tlenków wypierają się bardziej zmienny z soli. Tak, nielotny tlenek krzemu wypiera tlenek węgla z węglan sodu po stopieniu:
Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2
W Chemia organiczna Reakcje podstawienia to reakcje, w których część cząsteczki organicznej zastąpiony do innych cząstek. W tym przypadku podstawiona cząstka z reguły łączy się z częścią cząsteczki podstawnika.
Na przykład, reakcja chlorowanie metanu:
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
Pod względem liczby cząstek i składu produktów interakcji reakcja ta jest bardziej podobna do reakcji wymiany. Niemniej jednak, przez mechanizm taka reakcja jest reakcją zastępczą.
- Reakcje wymiany - są to reakcje, podczas których dwie substancje złożone wymieniają swoje części składowe:
AB + CD = AC + BD
Reakcje wymiany obejmują reakcje wymiany jonowej płynący w rozwiązaniach; reakcje ilustrujące właściwości kwasowo-zasadowe substancji i inne.
Przykład reakcje wymiany w chemii nieorganicznej - neutralizacja alkaliczny kwas solny:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Przykład reakcje wymiany w chemii organicznej - alkaliczna hydroliza chloroetanu:
CH3-CH2-Cl + KOH = CH3-CH2-OH + KCl
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na zmiany stopnia utlenienia pierwiastków tworzących substancje
Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków Reakcje chemiczne dzielą się na reakcje redoks i zachodzące reakcje bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastki chemiczne.
- Reakcje redoks (ORR) to reakcje, podczas których stany utlenienia Substancje zmiana. W tym przypadku następuje wymiana elektrony.
W chemia nieorganiczna Takie reakcje obejmują zwykle reakcje rozkładu, podstawienia, łączenia i wszystkie reakcje z udziałem prostych substancji. Aby wyrównać ORR, stosuje się metodę waga elektroniczna(liczba podanych elektronów musi być równa liczbie otrzymanych) lub metoda równowagi elektronowo-jonowej.
W Chemia organiczna oddzielne reakcje utleniania i redukcji, w zależności od tego, co dzieje się z cząsteczką organiczną.
Reakcje utleniania w chemii organicznej są reakcjami, podczas których liczba atomów wodoru maleje lub liczba atomów tlenu w pierwotnej cząsteczce organicznej wzrasta.
Na przykład, utlenianie etanolu pod działaniem tlenku miedzi:
CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH=O + H 2 O + Cu
Reakcje odzyskiwania w chemii organicznej są to reakcje, podczas których wzrasta liczba atomów wodoru Lub liczba atomów tlenu maleje w cząsteczce organicznej.
Na przykład, powrót do zdrowia aldehyd octowy wodór:
CH3-CH=O + H2 → CH3-CH2-OH
- Reakcje protolityczne i metaboliczne - Są to reakcje, podczas których nie zmieniają się stopnie utlenienia atomów.
Na przykład, neutralizacja soda kaustyczna kwas azotowy:
NaOH + HNO 3 = H 2 O + NaNO 3
Klasyfikacja reakcji ze względu na efekt termiczny
Ze względu na efekt termiczny reakcje dzielą się na egzotermiczny I endotermiczny.
Reakcje egzotermiczne - są to reakcje, którym towarzyszy wydzielenie energii w postaci ciepła (+ Q). Takie reakcje obejmują prawie wszystkie reakcje złożone.
Wyjątki- reakcja azot Z tlen z edukacją tlenek azotu (II) - endotermiczne:
N 2 + O 2 = 2NO – Q
Reakcja gazowa wodór z twardym jod Również endotermiczny:
H 2 + I 2 = 2HI – Q
Reakcje egzotermiczne, w których powstaje światło, nazywane są reakcjami spalanie.
Na przykład, spalanie metanu:
CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O
Również egzotermiczny Czy:
Reakcje endotermiczne są reakcjami, którym towarzyszą absorpcja energii w postaci ciepła ( -Q ). Z reguły większość reakcji zachodzi przy absorpcji ciepła rozkład(reakcje wymagające długotrwałego ogrzewania).
Na przykład, rozkład wapień:
CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q
Również endotermiczny Czy:
- reakcje hydrolizy;
- reakcje zachodzące dopiero po podgrzaniu;
- reakcje, które tylko występująw bardzo wysokich temperaturach lub pod wpływem wyładowań elektrycznych.
Na przykład, przemiana tlenu w ozon:
3O 2 = 2O 3 - Q
W Chemia organiczna Wraz z absorpcją ciepła zachodzą reakcje rozkładu. Na przykład, Pękanie pentan:
C 5 H 12 → C 3 H 6 + C 2 H 6 – Q.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na stan skupienia reagujących substancji (ze względu na skład fazowy)
Substancje mogą występować w trzech głównych stanach skupienia - twardy, płyn I gazowy. Według stanu fazowego podziel się reakcjami jednorodny I heterogeniczny.
- Reakcje jednorodne - są to reakcje, w których biorą udział reagenty i produkty w jednej fazie, a zderzenie reagujących cząstek następuje w całej objętości mieszaniny reakcyjnej. Reakcje jednorodne obejmują interakcje ciecz-ciecz I gaz-gaz.
Na przykład, utlenianie dwutlenek siarki:
2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g)
- Reakcje heterogeniczne - są to reakcje, w których biorą udział reagenty i produkty w różnych fazach. W tym przypadku następuje tylko zderzenie reagujących cząstek na granicy kontaktu fazowego. Do takich reakcji zaliczają się interakcje gaz-ciecz, gaz-ciało stałe, ciało stałe-ciało stałe i ciało stałe-ciecz.
Na przykład, interakcja dwutlenek węgla I wodorotlenek wapnia:
CO 2 (g) + Ca (OH) 2 (roztwór) = CaCO 3 (tv) + H 2 O
Aby sklasyfikować reakcje według stanu fazowego, przydatna jest umiejętność określenia stany fazowe substancji. Jest to dość łatwe do zrobienia, korzystając z wiedzy o budowie materii, w szczególności o.
Substancje z joński, atomowy Lub metalowa sieć krystaliczna, zazwyczaj twardy w normalnych warunkach; substancje z sieć molekularna, zazwyczaj, płyny Lub gazy w normalnych warunkach.
Należy pamiętać, że po podgrzaniu lub ochłodzeniu substancje mogą przejść z jednego stanu fazowego do drugiego. W takim przypadku należy skupić się na warunkach konkretnej reakcji i właściwościach fizycznych substancji.
Na przykład, otrzymujący gaz syntezowy zachodzi w bardzo wysokich temperaturach, w których woda - para:
CH 4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3H 2 (g)
Zatem reforma parowa metan — jednorodna reakcja.
Klasyfikacja reakcji chemicznych ze względu na udział katalizatora
Katalizator to substancja, która przyspiesza reakcję, ale nie wchodzi w skład produktów reakcji. Katalizator bierze udział w reakcji, ale praktycznie nie jest zużywany podczas reakcji. Konwencjonalnie schemat działania katalizatora DO gdy substancje wchodzą w interakcję A+B można przedstawić następująco: A + K = AK; AK + B = AB + K.
W zależności od obecności katalizatora rozróżnia się reakcje katalityczne i niekatalityczne.
- Reakcje katalityczne - są to reakcje zachodzące przy udziale katalizatorów. Na przykład rozkład soli Bertholleta: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2.
- Reakcje niekatalityczne - Są to reakcje zachodzące bez udziału katalizatora. Na przykład spalanie etanu: 2C 2 H 6 + 5O 2 = 2CO 2 + 6H 2 O.
Wszystkie reakcje zachodzące w komórkach organizmów żywych zachodzą przy udziale specjalnych katalizatorów białkowych – enzymów. Takie reakcje nazywane są enzymatycznymi.
Mechanizm działania i funkcje katalizatorów omówiono szerzej w osobnym artykule.
Klasyfikacja reakcji ze względu na kierunek
Reakcje odwracalne - są to reakcje, które mogą zachodzić zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu, tj. gdy w danych warunkach produkty reakcji mogą ze sobą oddziaływać. Reakcje odwracalne obejmują większość reakcji jednorodnych, estryfikację; reakcje hydrolizy; uwodornienie-odwodornienie, hydratacja-odwodnienie; produkcja amoniaku z substancji prostych, utlenianie dwutlenku siarki, produkcja halogenowodorów (z wyjątkiem fluorowodoru) i siarkowodoru; synteza metanolu; produkcja i rozkład węglanów i wodorowęglanów itp.
Nieodwracalne reakcje - są to reakcje przebiegające przeważnie w jednym kierunku, tj. W tych warunkach produkty reakcji nie mogą ze sobą reagować. Przykłady reakcji nieodwracalnych: spalanie; reakcje wybuchowe; reakcje zachodzące wraz z tworzeniem się gazu, osadu lub wody w roztworach; rozpuszczanie metali alkalicznych w wodzie; itd.
Właściwości chemiczne substancji ujawniają się w różnych reakcjach chemicznych.
Nazywa się przemiany substancji, którym towarzyszą zmiany ich składu i (lub) struktury reakcje chemiczne. Często spotyka się następującą definicję: Reakcja chemiczna to proces przekształcania substancji wyjściowych (odczynników) w substancje końcowe (produkty).
Reakcje chemiczne zapisuje się za pomocą równań i diagramów chemicznych zawierających wzory substancji wyjściowych i produktów reakcji. W równaniach chemicznych, w przeciwieństwie do diagramów, liczba atomów każdego pierwiastka jest taka sama po lewej i prawej stronie, co odzwierciedla prawo zachowania masy.
Po lewej stronie równania zapisano wzory substancji wyjściowych (odczynników), po prawej - substancji powstałych w wyniku reakcji chemicznej (produkty reakcji, substancje końcowe). Znak równości łączący lewą i prawą stronę wskazuje, że całkowita liczba atomów substancji biorących udział w reakcji pozostaje stała. Osiąga się to poprzez umieszczenie przed wzorami całkowitych współczynników stechiometrycznych, pokazujących ilościowe zależności pomiędzy reagentami i produktami reakcji.
Równania chemiczne mogą zawierać dodatkowe informacje o charakterystyce reakcji. Jeżeli reakcja chemiczna zachodzi pod wpływem czynników zewnętrznych (temperatura, ciśnienie, promieniowanie itp.), jest to oznaczone odpowiednim symbolem, zwykle powyżej (lub „poniżej”) znaku równości.
Ogromną liczbę reakcji chemicznych można podzielić na kilka rodzajów reakcji, które mają bardzo specyficzne cechy.
Jak cechy klasyfikacyjne można wybrać:
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 cieplnego dzieli wszystkie reakcje na: egzotermiczny reakcje zachodzące z efektem egzo - uwolnienie energii w postaci ciepła (Q>0, ∆H<0):
C + O 2 = CO 2 + Q
I endotermiczny reakcje zachodzące wraz z efektem endo – absorpcją energii w postaci ciepła (Q<0, ∆H >0):
N 2 + O 2 = 2NO - Q.
Takie reakcje to tzw termochemiczny.
Przyjrzyjmy się bliżej każdemu typowi reakcji.
Klasyfikacja ze względu na liczbę i skład odczynników i substancji końcowych
1. Reakcje złożone
Gdy związek reaguje z kilkoma reagującymi substancjami o stosunkowo prostym składzie, otrzymuje się jedną substancję o bardziej złożonym składzie:
Z reguły reakcjom tym towarzyszy wydzielanie ciepła, tj. prowadzą do powstania bardziej stabilnych i mniej bogatych w energię związków.
Reakcje związków substancji prostych mają zawsze charakter redoks. Reakcje złożone zachodzące pomiędzy substancjami złożonymi mogą zachodzić bez zmiany wartościowości:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2,
i być również klasyfikowane jako redoks:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.
2. Reakcje rozkładu
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.
Spośród reakcji rozkładu zachodzących bez zmiany stanów wartościowości na uwagę zasługuje rozkład krystalicznych hydratów, zasad, kwasów i soli kwasów zawierających tlen:
| Do | ||
| 4HNO3 | = | 2H 2O + 4NO 2 O + O 2 O. |
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
Reakcje rozkładu redoks są szczególnie charakterystyczne dla soli kwasu azotowego.
Reakcje rozkładu w chemii organicznej nazywane są krakingiem:
do 18 H. 38 = do 9 H. 18 + do 9 H. 20,
lub odwodornienie
C4H10 = C4H6 + 2H2.
3. Reakcje podstawienia
W reakcjach podstawienia zwykle substancja prosta reaguje ze złożoną, tworząc kolejną substancję prostą i kolejną złożoną:
A + BC = AB + C.
Reakcje te w przeważającej mierze należą do reakcji redoks:
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3,
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2,
2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2,
2KlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2.
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 bezwodnikom gazowym lub lotnym:
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2,
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3СаSiO 3 + P 2 O 5,
Czasami te reakcje są uważane za reakcje wymiany:
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.
4. Reakcje wymiany
Reakcje wymiany to reakcje między dwoma związkami, w wyniku których następuje wymiana między sobą składników:
AB + CD = AD + CB.
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 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O,
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,
CrCl3 + ZNaON = Cr(OH)3 + ZNaCl.
Szczególnym przypadkiem tych reakcji wymiany jest reakcje neutralizacji:
HCl + KOH = KCl + H2O.
Zazwyczaj reakcje te podlegają prawom równowagi chemicznej i przebiegają w kierunku, w którym przynajmniej 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(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O,
CH 3 COONa + H 3 PO 4 = CH 3 COOH + NaH 2 PO 4.
5. Reakcje przeniesienia.
W reakcjach przeniesienia atom lub grupa atomów przemieszcza się z jednej jednostki strukturalnej do drugiej:
AB + BC = A + B2C,
A 2 B + 2CB 2 = DIA 2 + DIA 3.
Na przykład:
2AgCl + SnCl2 = 2Ag + SnCl4,
H 2 O + 2NO 2 = HNO 2 + HNO 3.
Klasyfikacja reakcji ze względu na charakterystykę fazową
W zależności od stanu skupienia reagujących substancji wyróżnia się następujące reakcje:
1. Reakcje gazowe
| H2+Cl2 | 2HCl. |
2. Reakcje w roztworach
NaOH(roztwór) + HCl(p-p) = NaCl(p-p) + H2O(l)
3. Reakcje pomiędzy ciałami stałymi
| Do | ||
| CaO(tv) + SiO2 (tv) | = | CaSiO3 (sol) |
Klasyfikacja reakcji ze względu na liczbę faz.
Przez fazę rozumie się zbiór jednorodnych części układu o tych samych właściwościach fizycznych i chemicznych, oddzielonych od siebie interfejsem.
Z tego punktu widzenia całą gamę reakcji można podzielić na dwie klasy:
1. Reakcje jednorodne (jednofazowe). Należą do nich reakcje zachodzące w fazie gazowej oraz szereg reakcji zachodzących w roztworach.
2. Reakcje heterogeniczne (wielofazowe). Należą do nich reakcje, w których reagenty i produkty reakcji znajdują się w różnych fazach. Na przykład:
reakcje w fazie gaz-ciecz
CO2 (g) + NaOH(p-p) = NaHCO3 (p-p).
reakcje w fazie gaz-ciało stałe
CO2 (g) + CaO (tv) = CaCO3 (tv).
reakcje w fazie ciekłej i stałej
Na2SO4 (roztwór) + BaCl3 (roztwór) = BaSO4 (tv) ↓ + 2NaCl (p-p).
reakcje ciecz-gaz-faza stała
Ca(HCO 3) 2 (roztwór) + H 2 SO 4 (roztwór) = CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (sol) ↓.
Klasyfikacja reakcji ze względu na rodzaj przenoszonych cząstek
1. Reakcje protolityczne.
DO reakcje protolityczne obejmują procesy chemiczne, których istotą jest przeniesienie protonu z jednej reagującej substancji na drugą.
Klasyfikacja ta opiera się na protolitycznej teorii kwasów i zasad, zgodnie z którą kwas to każda substancja oddająca proton, a zasada to substancja mogąca przyjąć proton, na przykład:
Reakcje protolityczne obejmują reakcje zobojętniania i hydrolizy.
2. Reakcje redoks.
Należą do nich reakcje, w których reagujące substancje wymieniają elektrony, zmieniając w ten sposób stopień utlenienia atomów pierwiastków tworzących reagujące substancje. Na przykład:
Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2,
FeS 2 + 8HNO 3 (stęż.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,
Zdecydowana większość reakcji chemicznych to reakcje redoks, odgrywają one niezwykle ważną rolę.
3. Reakcje wymiany ligandów.
Należą do nich reakcje, podczas których następuje przeniesienie pary elektronów z utworzeniem wiązania kowalencyjnego poprzez mechanizm donor-akceptor. Na przykład:
Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2,
Fe + 5CO = ,
Al(OH)3 + NaOH = .
Charakterystyczną cechą reakcji wymiany ligandów jest to, że powstawanie nowych związków, zwanych kompleksami, zachodzi bez zmiany stopnia utlenienia.
4. Reakcje wymiany atomowo-molekularnej.
Ten typ reakcji obejmuje wiele reakcji podstawienia badanych w chemii organicznej, które zachodzą poprzez mechanizm rodnikowy, elektrofilowy lub nukleofilowy.
Odwracalne i nieodwracalne reakcje chemiczne
Odwracalne procesy chemiczne to takie, których produkty mogą reagować ze sobą w takich samych warunkach, w jakich zostały otrzymane, tworząc substancje wyjściowe.
W przypadku reakcji odwracalnych równanie zwykle zapisuje się w następujący sposób:
Dwie przeciwnie skierowane strzałki wskazują, że w tych samych warunkach zachodzą jednocześnie reakcje do przodu i do tyłu, na przykład:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O.
Nieodwracalne procesy chemiczne to takie, których produkty nie są w stanie reagować ze sobą tworząc substancje wyjściowe. Przykłady nieodwracalnych reakcji obejmują rozkład soli Bertholleta podczas ogrzewania:
2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2,
lub utlenianie glukozy tlenem atmosferycznym:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O.
