Kemijska reakcija spajanja. Razvrstitev kemijskih reakcij po spremembah oksidacijskih stanj. Razvrstitev kemijskih reakcij glede na smer reakcije

DEFINICIJA

Kemijska reakcija imenujemo transformacija snovi, pri kateri pride do spremembe njihove sestave in (ali) strukture.

Najpogosteje se kemijske reakcije razumejo kot proces pretvorbe začetnih snovi (reagentov) v končne snovi (produkte).

Kemijske reakcije so zapisane s kemičnimi enačbami, ki vsebujejo formule izhodnih materialov in reakcijskih produktov. Po zakonu ohranjanje mase, je število atomov vsakega elementa na levi in ​​desni strani kemične enačbe enako. Običajno so formule izhodnih snovi zapisane na levi strani enačbe, formule za izdelke pa na desni. Enakost števila atomov vsakega elementa v levi in ​​desni strani enačbe dosežemo tako, da pred formule snovi postavimo celi stehiometrični koeficienti.

Kemijske enačbe lahko vsebujejo dodatne informacije o značilnostih reakcije: temperaturi, tlaku, sevanju itd., kar je označeno z ustreznim simbolom nad (ali "pod") znakom enakosti.

Vse kemijske reakcije lahko razvrstimo v več razredov, ki imajo določene značilnosti.

Razvrstitev kemijskih reakcij po številu in sestavi izhodnih in nastalih snovi

Po tej klasifikaciji so kemične reakcije razdeljene na reakcije kombinacije, razgradnje, substitucije, izmenjave.

Kot rezultat spojine reakcije ena nova snov nastane iz dveh ali več (kompleksnih ali enostavnih) snovi. V splošni pogled enačba za tako kemično reakcijo bo videti takole:

Na primer:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3

Reakcije spojine so v večini primerov eksotermne, t.j. nadaljujte s sproščanjem toplote. Če so v reakciji vključene preproste snovi, so takšne reakcije največkrat redoks reakcije (ORR), tj. nadaljevati s spremembo oksidacijskih stanj elementov. Nemogoče je nedvoumno reči, ali reakcija spojine med kompleksnimi snovmi spada v OVR.

Reakcije, zaradi katerih iz ene kompleksne snovi nastane več drugih novih snovi (kompleksnih ali preprostih), se imenujejo reakcije razgradnje... Na splošno bo enačba kemične razgradnje videti takole:

Na primer:

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)

Večina reakcij razgradnje se pojavi pri segrevanju (1,4,5). Razgradnja možna pod delovanjem električni tok(2). Razgradnja kristalnih hidratov, kislin, baz in soli kislin, ki vsebujejo kisik (1, 3, 4, 5, 7), poteka brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov, t.j. te reakcije ne spadajo v OVR. Reakcije razgradnje OVP vključujejo razgradnjo oksidov, kislin in soli, tvorijo elementi v višje stopnje oksidacija (6).

Reakcije razgradnje najdemo tudi v organski kemiji, vendar pod drugimi imeni - kreking (8), dehidrogenacija (9):

C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

Pri substitucijske reakcije preprosta snov sodeluje s kompleksno snovjo in tvori novo preprosto in novo kompleksno snov. Na splošno bo enačba za kemično reakcijo substitucije videti takole:

Na primer:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 О 3 (1)

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (2)

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2 (3)

2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (5)

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + P 2 O 5 (6)

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)

Substitucijske reakcije so večinoma redoks reakcije (1 - 4, 7). Primerov razgradnih reakcij, pri katerih ne pride do spremembe oksidacijskih stanj, je malo (5, 6).

Reakcije izmenjave imenujemo reakcije, ki potekajo med kompleksnimi snovmi, pri katerih si izmenjujejo svoje sestavni deli... Običajno se ta izraz uporablja za reakcije, ki vključujejo ione v vodni raztopini. Na splošno bo enačba reakcije kemične izmenjave videti tako:

AB + CD = AD + CB

Na primer:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (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)

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr (ОН) 3 ↓ + ЗNаСl (5)

Presnovne reakcije niso redoks. Poseben primer Te izmenjevalne reakcije so nevtralizacijske reakcije (reakcije interakcije kislin z alkalijami) (2). Izmenjevalne reakcije potekajo v smeri, ko se vsaj ena od snovi odstrani iz reakcijske krogle v obliki plinasta snov(3), usedlina (4, 5) ali nizko disociirajoča spojina, največkrat voda (1, 2).

Razvrstitev kemijskih reakcij po spremembah oksidacijskih stanj

Glede na spremembo oksidacijskih stanj elementov, ki sestavljajo reagente in reakcijske produkte, se vse kemijske reakcije delijo na redoks (1, 2) in potekajo brez spremembe oksidacijskega stanja (3, 4).

2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)

Mg 0 - 2e = Mg 2+ (reducent)

C 4+ + 4e = C 0 (oksidacijsko sredstvo)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (reducent)

N 5+ + 3e = N 2+ (oksidacijsko sredstvo)

AgNO 3 + HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca (OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Toplotna klasifikacija kemijskih reakcij

Glede na to, ali se toplota (energija) med reakcijo sprošča ali absorbira, so vse kemične reakcije običajno razdeljene na ekso - (1, 2) in endotermne (3). Količina toplote (energije), ki se sprosti ali absorbira med reakcijo, imenujemo toplotni učinek reakcije. Če je v enačbi navedena količina sproščene ali absorbirane toplote, se takšne enačbe imenujejo termokemične.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602,5 kJ (2)

N 2 + O 2 = 2NO - 90,4 kJ (3)

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na smer reakcije

V smeri reakcije, reverzibilno ( kemični procesi, katerih produkti so sposobni reagirati med seboj pod enakimi pogoji, v katerih so bili pridobljeni, s tvorbo začetnih snovi) in nepovratni (kemični procesi, katerih produkti med seboj ne morejo reagirati z tvorba začetnih snovi).

Za reverzibilne reakcije je enačba v splošni obliki običajno zapisana na naslednji način:

A + B ↔ AB

Na primer:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Primeri ireverzibilnih reakcij vključujejo naslednje reakcije:

2KSlO 3 → 2KSl + 3O 2

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6N 2 О

Dokaz o ireverzibilnosti reakcije je lahko sproščanje plinaste snovi, oborine ali nizko disociirajoče spojine, največkrat vode, kot reakcijskih produktov.

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na prisotnost katalizatorja

S tega vidika ločimo katalitične in nekatalitične reakcije.

Katalizator je snov, ki pospešuje potek kemične reakcije. Reakcije, ki vključujejo katalizatorje, se imenujejo katalitične. Nekatere reakcije so na splošno nemogoče brez prisotnosti katalizatorja:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (katalizator MnO 2)

Pogosto eden od reakcijskih produktov služi kot katalizator, ki pospešuje to reakcijo (avtokatalitične reakcije):

MeO + 2HF = MeF 2 + H 2 O, kjer je Me kovina.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

Sestavljene reakcije (tvorba ene kompleksne snovi iz več preprostih ali kompleksnih snovi) A + B = AB

Reakcije razgradnje (razgradnja ene kompleksne snovi na več preprostih ali kompleksnih snovi) AB = A + B

Substitucijske reakcije (med preprostimi in kompleksnimi snovmi, pri katerih atomi enostavne snovi nadomestijo atome enega od elementov v kompleksni snovi): AB + C = AC + B

Izmenjevalne reakcije (med dvema kompleksnima snovmama, v katerih si snovi izmenjujeta svoje sestavne dele) AB + SD = AD + SV

1. Navedite pravilno definicijo spojine reakcije:

• A. Reakcija tvorbe več snovi iz ene preproste snovi;

• B. Reakcija, pri kateri iz več enostavnih ali kompleksnih snovi nastane ena kompleksna snov.

• B. Reakcija, pri kateri snovi izmenjujejo svoje sestavne dele.

2. Navedite pravilno definicijo substitucijske reakcije:

• A. Reakcija med bazo in kislino;

• B. Reakcija interakcije dveh enostavnih snovi;

• C. Reakcija med snovmi, pri kateri atomi enostavne snovi nadomestijo atome enega od elementov v kompleksni snovi.

3. Kakšna je pravilna definicija reakcije razgradnje:

• A. Reakcija, pri kateri iz ene kompleksne snovi nastane več preprostih ali kompleksnih snovi;

• B. Reakcija, pri kateri snovi izmenjujejo svoje sestavne dele;

• B. Reakcija s tvorbo molekul kisika in vodika.

4. Navedite znake reakcije izmenjave:

• A. Nastajanje vode;

• B. Samo nastajanje plina;

• B. Samo padavine;

• D. Sedimentacija, tvorba plina ali tvorba šibkega elektrolita.

5. Na katere vrste reakcij se nanaša interakcija kislih oksidov z bazičnimi oksidi:

• A. Reakcija izmenjave;

• B. Reakcija spojine;

• B. Reakcija razgradnje;

• D. Substitucijska reakcija.

6. Na katere vrste reakcij se nanaša interakcija soli s kislinami ali bazami:

• A. Substitucijske reakcije;

• B. Reakcije razgradnje;

• B. Reakcije izmenjave;

• D. Sestavljene reakcije.

• 7. Snovi, katerih formule so KNO3 FeCl2, Na2SO4, se imenujejo:

• A) soli; B) razlogi; B) kisline; D) oksidi.

• 8 ... Snovi, katerih formule so HNO3, HCl, H2SO4, se imenujejo:

• 9 ... Snovi, katerih formule so KOH, Fe (OH) 2, NaOH, se imenujejo:

• A) soli; B) kisline; B) razlogi; D) oksidi. 10 ... Snovi, katerih formule so NO2, Fe2O3, Na2O, se imenujejo:

• A) soli; B) kisline; B) razlogi; D) oksidi.

• 11 ... Navedite kovine, ki tvorijo alkalije:

• Cu, Fe, Na, K, Zn, Li.

odgovori:

• Na, K, Li.

Kemične lastnosti snovi se razkrijejo v različnih kemičnih reakcijah.

Imenujejo se transformacije snovi, ki jih spremlja sprememba njihove sestave in (ali) strukture kemične reakcije... Pogosto najdemo naslednjo definicijo: kemijska reakcija je proces pretvorbe začetnih snovi (reagentov) v končne snovi (produkte).

Kemijske reakcije so zapisane s kemičnimi enačbami in diagrami, ki vsebujejo formule za izhodne materiale in reakcijske produkte. V kemijskih enačbah je za razliko od shem število atomov vsakega elementa enako na levi in ​​desni strani, kar odraža zakon o ohranjanju mase.

Na levi strani enačbe so zapisane formule začetnih snovi (reagentov), ​​na desni strani - snovi, pridobljene kot posledica kemične reakcije (reakcijski produkti, končne snovi). Znak enakosti, ki povezuje levo in desno stran, kaže, da skupno število atomov snovi, ki sodelujejo v reakciji, ostane konstantno. To dosežemo tako, da se pred formule postavijo celoštevilski stehiometrični koeficienti, ki prikazujejo kvantitativna razmerja med reagenti in reakcijskimi produkti.

Kemijske enačbe lahko vsebujejo dodatne informacije o značilnostih reakcije. Če pod vplivom pride do kemične reakcije zunanji vplivi(temperatura, tlak, sevanje itd.), to je označeno z ustreznim simbolom, običajno nad (ali "pod") znakom enakosti.

Ogromno število kemičnih reakcij lahko združimo v več vrst reakcij, ki imajo dobro določene značilnosti.

Kot klasifikacijski znaki lahko izberete naslednje:

1. Število in sestava izhodnih snovi in ​​reakcijskih produktov.

2. Agregatno stanje reagentov in reakcijskih produktov.

3. Število faz, v katerih so udeleženci reakcije.

4. Narava prepeljanih delcev.

5. Možnost poteka reakcije v smeri naprej in nazaj.

6. Znak toplotnega učinka loči vse reakcije na: eksotermni reakcije, ki potekajo z ekso učinkom - sproščanjem energije v obliki toplote (Q> 0, ∆H<0):

C + O 2 = CO 2 + Q

in endotermni reakcije, ki potekajo z endoučinkom - absorpcijo energije v obliki toplote (Q<0, ∆H >0):

N 2 + O 2 = 2NO - Q.

Takšne reakcije se imenujejo termokemični.

Oglejmo si podrobneje vsako od vrst reakcij.

Razvrstitev po številu in sestavi reagentov in končnih snovi

1. Sestavljene reakcije

Pri reakcijah spojine iz več reakcijskih snovi relativno preproste sestave dobimo eno snov bolj zapletene sestave:

Te reakcije praviloma spremlja sproščanje toplote, t.j. vodijo do tvorbe stabilnejših in manj energijsko bogatih spojin.

Reakcije spojine preprostih snovi so vedno redoksne narave. Sestavljene reakcije, ki se pojavljajo med kompleksnimi snovmi, se lahko pojavijo brez spreminjanja valence:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca (HCO 3) 2,

in se nanašajo na število redoks:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

2. Reakcije razgradnje

Reakcije razgradnje vodijo do tvorbe več spojin iz ene kompleksne snovi:

A = B + C + D.

Produkti razgradnje kompleksne snovi so lahko tako preproste kot kompleksne snovi.

Od reakcij razgradnje, ki potekajo brez spreminjanja valenčnih stanj, je treba opozoriti na razgradnjo kristalnih hidratov, baz, kislin in soli kislin, ki vsebujejo kisik:

	t o
4HNO 3	=	2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O.

2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2,
(NH 4) 2Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Redoks razkrojne reakcije so še posebej značilne za soli dušikove kisline.

Reakcije razgradnje v organski kemiji imenujemo kreking:

C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20,

ali dehidrogenacijo

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

3. Nadomestne reakcije

Pri nadomestnih reakcijah navadno enostavna snov sodeluje s kompleksno in tvori drugo preprosto snov in še eno kompleksno:

A + BC = AB + C.

Te reakcije v veliki večini spadajo med redoks reakcije:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 О 3,

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2,

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2,

2KLO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2.

Primeri substitucijskih reakcij, ki jih ne spremlja sprememba valenčnih stanj atomov, je izjemno malo. Opozoriti je treba na reakcijo silicijevega dioksida s solmi kislin, ki vsebujejo kisik, ki ustrezajo plinastim ali hlapnim anhidridom:

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2,

Ca 3 (PO 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5,

Včasih se te reakcije obravnavajo kot reakcije izmenjave:

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.

4. Reakcije izmenjave

Reakcije izmenjave imenujemo reakcije med dvema spojinama, ki med seboj izmenjujeta svoje sestavne dele:

AB + CD = AD + CB.

Če se med substitucijskimi reakcijami pojavijo redoks procesi, se menjalne reakcije vedno odvijajo brez spreminjanja valenčnega stanja atomov. To je najpogostejša skupina reakcij med kompleksnimi snovmi - oksidi, baze, kisline in soli:

ZnO + Н 2 SO 4 = ZnSО 4 + Н 2 О,

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,

CrCl 3 + 3NaOH = Cr (OH) 3 + 3NaCl.

Poseben primer teh reakcij izmenjave je nevtralizacijske reakcije:

HCl + KOH = KCl + H 2 O.

Običajno te reakcije upoštevajo zakone kemijskega ravnotežja in potekajo v smeri, ko se vsaj ena od snovi odstrani iz reakcijske krogle v obliki plinaste, hlapne snovi, oborine ali spojine, ki je slabo disocirana (za raztopine ):

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2,

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. Prenosne reakcije.

V reakcijah prenosa atom ali skupina atomov prehaja iz ene strukturne enote v drugo:

AB + BC = A + B 2 C,

А 2 В + 2СВ 2 = АСВ 2 + АСВ 3.

Na primer:

2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4,

H 2 O + 2NO 2 = HNO 2 + HNO 3.

Fazna klasifikacija reakcij

Glede na agregacijsko stanje reakcijskih snovi ločimo naslednje reakcije:

1. Plinske reakcije

H 2 + Cl 2		2HCl.

2. Reakcije v raztopinah

NaOH (p-p) + HCl (p-p) = NaCl (p-p) + H 2 O (g)

3. Reakcije med trdnimi snovmi

	t o
CaO (tv) + SiO 2 (tv)	=	CaSiO 3 (tv)

Razvrstitev reakcij po številu faz.

Faza je skupek homogenih delov sistema z enakimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi in ločenih drug od drugega z vmesnikom.

S tega vidika lahko celotno raznolikost reakcij razdelimo v dva razreda:

1.Homogene (enofazne) reakcije. Sem spadajo reakcije v plinski fazi in številne reakcije v raztopinah.

2. Heterogene (večfazne) reakcije. Sem spadajo reakcije, pri katerih so reaktanti in reakcijski produkti v različnih fazah. Na primer:

plinsko-tekočinske reakcije

CO2 (g) + NaOH (p-p) = NaHCO3 (p-p).

plinsko-trdofazne reakcije

CO 2 (g) + CaO (s) = CaCO 3 (s).

reakcije tekoče-trde faze

Na 2 SO 4 (p-p) + BaCl 3 (p-p) = BaSO 4 (tv) ↓ + 2NaCl (p-p).

reakcije tekočina-plin-trda faza

Ca (HCO 3) 2 (p-p) + H 2 SO 4 (p-p) = CO 2 (r) + H 2 O (g) + CaSO 4 (s) ↓.

Razvrstitev reakcij po vrsti transportiranih delcev

1. Protolitične reakcije.

TO protolitične reakcije vključujejo kemične procese, katerih bistvo je prenos protona iz ene reagirajoče snovi v drugo.

Ta razvrstitev temelji na protolitični teoriji kislin in baz, po kateri se za kislino šteje vsaka snov, ki daruje proton, baza pa je snov, ki lahko veže proton, na primer:

Protolitične reakcije vključujejo reakcije nevtralizacije in hidrolize.

2. Redoks reakcije.

Sem spadajo reakcije, pri katerih reagirajoče snovi izmenjujejo elektrone, medtem ko spreminjajo oksidacijsko stanje atomov elementov, ki sestavljajo reagirajoče snovi. Na primer:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2,

FeS 2 + 8HNO 3 (konc) = Fe (NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,

Velika večina kemičnih reakcij je redoks reakcij, igrajo izjemno pomembno vlogo.

3. Reakcije izmenjave liganda.

Sem spadajo reakcije, pri katerih se elektronski par prenese s tvorbo kovalentne vezi po mehanizmu darovalec-akceptor. Na primer:

Cu (NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2,

Fe + 5CO =,

Al (OH) 3 + NaOH =.

Značilnost reakcij izmenjave ligandov je, da nastajanje novih spojin, imenovanih kompleks, poteka brez spreminjanja oksidacijskega stanja.

4. Reakcije atomsko-molekularne izmenjave.

Ta vrsta reakcij vključuje številne substitucijske reakcije, ki jih preučuje organska kemija, ki potekajo po radikalnem, elektrofilnem ali nukleofilnem mehanizmu.

Reverzibilne in ireverzibilne kemične reakcije

Takšni kemični procesi se imenujejo reverzibilni, katerih produkti so sposobni reagirati med seboj pod enakimi pogoji, v katerih so pridobljeni, s tvorbo začetnih snovi.

Za reverzibilne reakcije je enačba običajno zapisana na naslednji način:

Dve nasprotno usmerjeni puščici označujeta, da se pod enakimi pogoji hkrati pojavljata tako neposredna kot povratna reakcija, na primer:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O.

Takšni kemični procesi se imenujejo ireverzibilni, katerih produkti med seboj ne morejo reagirati s tvorbo začetnih snovi. Primeri ireverzibilnih reakcij so razgradnja bertoletove soli pri segrevanju:

2KSlO 3 → 2KSl + 3O 2,

ali oksidacija glukoze z atmosferskim kisikom:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

Številni procesi, brez katerih si našega življenja ne moremo predstavljati (kot so dihanje, prebava, fotosinteza in podobno), so povezani z različnimi kemičnimi reakcijami organskih spojin (in anorganskih). Oglejmo si njihove glavne vrste in se podrobneje posvetimo procesu, imenovanem povezava (povezava).

Kar se imenuje kemična reakcija

Najprej je vredno dati splošno definicijo tega pojava. Obravnavani stavek pomeni različne reakcije snovi različne kompleksnosti, zaradi katerih nastanejo drugačni od začetnih produktov. Snovi, ki so vključene v ta proces, se imenujejo "reagenti".

V pisni obliki je kemijska reakcija organskih spojin (in anorganskih) zapisana s posebnimi enačbami. Navzven so nekoliko podobni primerom matematičnega seštevanja. Vendar se namesto znaka enakosti ("=") uporabljajo puščice ("→" ali "⇆"). Poleg tega je včasih lahko več snovi na desni strani enačbe kot na levi. Vse pred puščico je snov pred začetkom reakcije (leva stran formule). Vse za njim (desna stran) so spojine, ki nastanejo kot posledica kemičnega procesa, ki se je zgodil.

Kot primer kemijske enačbe si lahko ogledamo vodo za vodik in kisik pod delovanjem električnega toka: 2H 2 O → 2H 2 + O 2. Voda je začetni reagent, kisik in vodik pa sta produkta.

Kot še en, a že bolj kompleksen primer kemične reakcije spojin si lahko ogledamo pojav, ki ga pozna vsaka gospodinja, ki je vsaj enkrat spekla sladkarije. Gre za gašenje sode bikarbone s kisom. Pojavljajoče se delovanje ilustrira z naslednjo enačbo: NaHCO 3 + 2 CH 3 COOH → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O. Iz nje je razvidno, da v procesu interakcije natrijevega bikarbonata in kisa natrijeva sol ocetne kisline , nastajata voda in ogljikov dioksid.

Po svoji naravi zavzema vmesno mesto med fizičnim in jedrskim.

Za razliko od prvih so spojine, ki sodelujejo v kemičnih reakcijah, sposobne spremeniti svojo sestavo. To pomeni, da iz atomov ene snovi lahko nastane več drugih, kot v zgornji enačbi za razgradnjo vode.

Za razliko od jedrskih reakcij kemične reakcije ne vplivajo na atomska jedra medsebojno delujočih snovi.

Katere so vrste kemičnih procesov

Porazdelitev reakcij spojin po vrsti poteka po različnih merilih:

• Reverzibilnost / nepovratnost.
• Prisotnost / odsotnost katalitskih snovi in ​​procesov.
• Z absorpcijo / sproščanjem toplote (endotermne / eksotermne reakcije).
• Po številu faz: homogena / heterogena in njuni dve hibridni sorti.
• S spreminjanjem oksidacijskih stanj medsebojno delujočih snovi.

Vrste kemijskih procesov v anorganski kemiji po metodi interakcije

To merilo je posebno. Z njegovo pomočjo ločimo štiri vrste reakcij: spojina, substitucija, razgradnja (cepitev) in izmenjava.

Ime vsakega od njih ustreza procesu, ki ga opisuje. To pomeni, da se združujejo, v substituciji se spreminjajo v druge skupine, pri razgradnji se iz enega reagenta tvori več, v zamenjavi pa udeleženci v reakciji izmenjujejo atome med seboj.

Vrste procesov po metodi interakcije v organski kemiji

Kljub veliki kompleksnosti se reakcije organskih spojin odvijajo po enakem principu kot anorganske. Vendar imajo nekoliko drugačna imena.

Tako se reakcije spojine in razgradnje imenujejo "dodajanje", pa tudi "odločanje" (eliminacija) in neposredno organska razgradnja (v tem oddelku kemije sta dve vrsti procesov razgradnje).

Druge reakcije organskih spojin so substitucija (ime se ne spremeni), preureditev (izmenjava) in redoks procesi. Kljub podobnosti mehanizmov njihovega poteka so v organski bolj večplastni.

Kemična reakcija spojine

Ob upoštevanju različnih vrst procesov, pri katerih snovi vstopajo v organsko in anorgansko kemijo, se je vredno podrobneje posvetiti spojini.

Ta reakcija se od vseh ostalih razlikuje po tem, da se ne glede na število reagentov na njenem začetku na koncu vsi združijo v eno.

Kot primer se lahko spomnimo postopka gašenja apna: CaO + H 2 O → Ca (OH) 2. V tem primeru pride do reakcije spojine kalcijevega oksida (živega apna) z vodikovim oksidom (vodo). Rezultat je kalcijev hidroksid (gašeno apno) in topla para. Mimogrede, to pomeni, da je ta proces res eksotermen.

Sestavljena reakcijska enačba

Obravnavani proces je mogoče shematično prikazati na naslednji način: A + BV → ABC. V tej formuli je ABC na novo nastali A - preprost reagent, BV pa je različica kompleksne spojine.

Treba je opozoriti, da je ta formula značilna tudi za postopek spajanja in spajanja.

Primeri obravnavane reakcije so interakcija natrijevega oksida in ogljikovega dioksida (NaO 2 + CO 2 (t 450-550 ° C) → Na 2 CO 3), pa tudi žveplovega oksida s kisikom (2SO 2 + O 2 → 2SO 3).

Tudi več kompleksnih spojin lahko reagira med seboj: AB + VG → ABVG. Na primer isti natrijev oksid in vodikov oksid: NaO 2 + H 2 O → 2NaOH.

Reakcijski pogoji v anorganskih spojinah

Kot je prikazano v prejšnji enačbi, so snovi različnih stopenj kompleksnosti sposobne vstopiti v obravnavano interakcijo.

V tem primeru so za enostavne reagente anorganskega izvora možne redoks reakcije spojine (A + B → AB).

Kot primer si lahko ogledamo postopek pridobivanja trivalentnega.Za to se izvede sestavljena reakcija med klorom in ferumom (železo): 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3.

Če govorimo o medsebojnem delovanju kompleksnih anorganskih snovi (AB + VG → ABVG), se lahko v njih pojavijo procesi, ki vplivajo in ne vplivajo na njihovo valenco.

Kot ponazoritev tega je vredno razmisliti o primeru tvorbe kalcijevega bikarbonata iz ogljikovega dioksida, vodikovega oksida (vode) in belega živilskega barvila E170 (kalcijev karbonat): CO 2 + H 2 O + CaCO 3 → Ca (CO 3) 2. V tem primeru je na mestu klasična povezovalna reakcija. Med izvajanjem se valenca reagentov ne spremeni.

Nekoliko bolj popolna (od prve) kemijska enačba 2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3 je primer redoks procesa pri interakciji enostavnih in kompleksnih anorganskih reagentov: plina (klora) in soli (železov klorid).

Vrste adicijskih reakcij v organski kemiji

Kot je bilo že navedeno v četrtem odstavku, se v snoveh organskega izvora obravnavana reakcija imenuje "adicija". V njem praviloma sodelujejo kompleksne snovi z dvojno (ali trojno) vezjo.

Na primer, reakcija med dibrom in etilenom, ki vodi do tvorbe 1,2-dibromoetana: (C 2 H 4) CH 2 = CH 2 + Br 2 → (C₂H₄Br₂) BrCH 2 - CH 2 Br. Mimogrede, znaki, podobni enakim in minusom ("=" in "-") v tej enačbi kažejo povezave med atomi kompleksne snovi. To je značilnost zapisovanja formul organskih snovi.

Glede na to, katera od spojin deluje kot reagent, je obravnavanih več različic postopka dodajanja:

• Hidrogenacija (molekule vodika H se dodajo na več vezi).
• Hidrohalogeniranje (doda se vodikov halogenid).
• Halogeniranje (dodajanje halogenov Br 2, Cl 2 in podobno).
• Polimerizacija (tvorba snovi z visoko molekulsko maso iz več nizkomolekularnih spojin).

Primeri reakcije adicije (povezave)

Po naštevanju sort obravnavanega procesa se je vredno naučiti v praksi nekaj primerov sestavljene reakcije.

Kot ponazoritev hidrogeniranja lahko pazite na enačbo interakcije propena z vodikom, zaradi katere se bo pojavil propan: (C 3 H 6) CH 3 —CH = CH 2 + H 2 → (C 3 H 8) CH 3 —CH 2 —CH 3.

V organski kemiji lahko pride do spojine (adicije) med klorovodikovo kislino in etilenom, da nastane kloroetan: (C 2 H 4) CH 2 = CH 2 + HCl → CH 3 - CH 2 —Cl (C 2 H 5 Cl). Predstavljena enačba je primer hidrohalogeniranja.

Kar zadeva halogeniranje, ga lahko ponazorimo z reakcijo med diklorom in etilenom, ki vodi do tvorbe 1,2-dikloroetana: (C 2 H 4) CH 2 = CH 2 + Cl 2 → (C₂H₄Cl₂) ClCH 2 -CH 2 Cl.

Veliko hranil nastane z organsko kemijo. Reakcija povezovanja (dodajanja) molekul etilena z radikalnim iniciatorjem polimerizacije pod vplivom ultravijoličnega sevanja je potrditev tega: n CH 2 = CH 2 (R in UV svetloba) → (-CH 2 -CH 2 -) n. Tako nastala snov je vsakomur dobro znana pod imenom polietilen.

Iz tega materiala se izdelujejo različne vrste embalaže, vrečke, posode, cevi, izolacijski materiali in še marsikaj. Značilnost te snovi je možnost njene recikliranja. Svojo priljubljenost polietilen dolguje dejstvu, da se ne razgradi, zato imajo okoljevarstveniki do njega negativen odnos. Vendar pa je bil v zadnjih letih odkrit način za varno odlaganje polietilenskih izdelkov. Za to je material obdelan z dušikovo kislino (HNO 3). Po tem lahko nekatere vrste bakterij to snov razgradijo v varne sestavine.

Reakcija povezovanja (navezanosti) igra pomembno vlogo v naravi in ​​človekovem življenju. Poleg tega ga znanstveniki pogosto uporabljajo v laboratorijih za sintezo novih snovi za različne pomembne raziskave.

1. Reakcije spojine. DI Mendelejev je spojino opredelil kot reakcijo, "v kateri se pojavi ena od dveh snovi. Torej, v reakcijah spojine iz več reakcijskih snovi relativno preproste sestave dobimo eno snov bolj zapletene sestave

A + B + C = D

Sestavljene reakcije vključujejo zgorevanje preprostih snovi (žveplo, fosfor, ogljik) v zraku. Na primer, ogljik gori v zraku C + O2 = CO2 (seveda ta reakcija poteka postopoma, najprej nastane ogljikov monoksid CO). Te reakcije praviloma spremlja sproščanje toplote, t.j. vodijo k tvorbi stabilnejših in energijsko manj bogatih spojin - so eksotermne.

Reakcije spojine preprostih snovi so vedno redoksne narave. Sestavljene reakcije, ki se pojavljajo med kompleksnimi snovmi, se lahko pojavijo brez spreminjanja valence

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3) 2

tako spadajo tudi v število redoks

2FеСl2 + Сl2 = 2FеСl3.

2. Reakcije razgradnje. Kemične reakcije razgradnje so po Mendelejevu "primeri, nasprotni kombinaciji, to je tisti, pri katerih ena snov daje dve ali na splošno določeno število snovi - večje število njih.

Reakcije razgradnje vodijo do tvorbe več spojin iz ene kompleksne snovi

A = B + C + D

Produkti razgradnje kompleksne snovi so lahko tako preproste kot kompleksne snovi. Primer razgradne reakcije je kemična reakcija razgradnje krede (ali apnenca pod vplivom temperature): CaCO3 = CaO + CO2. Reakcija razgradnje običajno zahteva segrevanje. Takšni procesi so endotermni, t.j. pretok z absorpcijo toplote. Od reakcij razgradnje, ki potekajo brez spreminjanja valenčnih stanj, je treba omeniti razgradnjo kristalnih hidratov, baz, kislin in soli kislin, ki vsebujejo kisik.

CuSO4 5H2O = CuSO4 + 5H2O,

Cu (OH) 2 = CuO + H2O,

H2SiO3 = SiO2 + H2O.

Reakcije razkroja redoks vključujejo razgradnjo oksidov, kislin in soli, ki jih tvorijo elementi v višjih oksidacijskih stanjih

2SO3 = 2SO2 + O2,

4HNO3 = 2H2O + 4NO2O + O2O,

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,

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

Redoks razkrojne reakcije so še posebej značilne za soli dušikove kisline.

Reakcije razgradnje v organski kemiji imajo v nasprotju z reakcijami razgradnje v anorganski kemiji svoje posebnosti. Lahko jih obravnavamo kot obratne procese spajanja, saj se zaradi tega najpogosteje tvorijo več vezi ali cikli.

Reakcije razgradnje v organski kemiji se imenujejo pokanje

C18H38 = C9H18 + C9H20

oz dehidrogenacija C4H10 = C4H6 + 2H2.

Pri drugih dveh vrstah reakcij je število reagentov enako številu produktov.

3. Nadomestne reakcije. Njihova značilnost je interakcija preprosta snov s kompleksom. Takšne reakcije obstajajo tudi v organski kemiji. Vendar pa je koncept "substitucije" v organskih snoveh širši kot v anorganski kemiji. Če se v molekuli izhodne snovi kateri koli atom ali funkcionalna skupina nadomesti z drugim atomom ali skupino, so to tudi substitucijske reakcije, čeprav je z vidika anorganske kemije proces videti kot reakcija izmenjave.

Pri nadomestnih reakcijah navadno enostavna snov medsebojno deluje s kompleksno in tvori drugo preprosto snov in še en kompleks A + BC = AB + C

Na primer, če spustimo jekleni žebelj v raztopino bakrovega sulfata, dobimo železov sulfat (železo izpodrine baker iz njegove soli) Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu.

Te reakcije v veliki večini spadajo v redoks

2Аl + Fe2O3 = 2Fе + Аl2О3,

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2,

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2,

2KSlO3 + l2 = 2KlO3 + Сl2.

Primeri substitucijskih reakcij, ki jih ne spremlja sprememba valenčnih stanj atomov, je izjemno malo.

Opozoriti je treba na reakcijo silicijevega dioksida s solmi kislin, ki vsebujejo kisik, ki ustrezajo plinastim ali hlapnim anhidridom

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2,

Ca3 (PO4) 2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5.

Včasih se te reakcije obravnavajo kot reakcije izmenjave

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.

4. Reakcije izmenjave (vključno z nevtralizacijo). Izmenjevalne reakcije imenujemo reakcije med dvema spojinama, ki med seboj izmenjujeta svoje sestavne dele.

AB + CD = AD + CB

Veliko jih se pojavlja v vodnih raztopinah. Primer reakcije kemične izmenjave je nevtralizacija kisline z alkalijo

NaOH + HCl = NaCl + H2O.

Tu se v reagentih (snovi na levi) vodikov ion iz HCl spojine zamenja z natrijevim ionom iz spojine NaOH, kar povzroči raztopino natrijevega klorida v vodi.

Če se med substitucijskimi reakcijami pojavijo redoks procesi, se menjalne reakcije vedno odvijajo brez spreminjanja valenčnega stanja atomov. To je najpogostejša skupina reakcij med kompleksnimi snovmi - oksidi, baze, kisline in soli.

ZnO + Н2SO4 = ZnSО4 + Н2О,

AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3,

CrCl3 + 3NaOH = Cr (OH)3 + 3NaCl.

Poseben primer teh reakcij izmenjave so nevtralizacijske reakcije

HCl + KOH = KCl + H2O.

Običajno te reakcije upoštevajo zakone kemijskega ravnotežja in potekajo v smeri, ko se vsaj ena od snovi odstrani iz reakcijske krogle v obliki plinaste, hlapne snovi, oborine ali spojine, ki je slabo disocirana (za raztopine )

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2,

Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 = 2CaCO3 ↓ + 2H2O,

CH3COONa + H3PO4 = CH3COOH + NaH2PO4.

Vendar pa številne reakcije ne sodijo v predstavljeno preprosto shemo. Na primer, kemične reakcije med kalijevim permanganatom (kalijevim permanganatom) in natrijevim jodidom ni mogoče pripisati nobeni od teh vrst. Takšne reakcije običajno imenujemo na primer redoks reakcije

2KMnO4 + 10NaI + 8H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 5I2 + 8H2O.

Redoks v anorganski kemiji vključuje vse substitucijske reakcije ter tiste razkrojne reakcije in spojine, v katerih je vključena vsaj ena preprosta snov. V bolj posplošeni različici (že ob upoštevanju organske kemije) vse reakcije vključujejo preproste snovi. In obratno, vse reakcije izmenjave spadajo v reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov, ki tvorijo reaktante in reakcijske produkte.

2. Razvrstitev reakcij po faznih značilnostih

Glede na agregacijsko stanje reakcijskih snovi ločimo naslednje reakcije:

1. Plinske reakcije:

2. Reakcije v raztopinah:

NaOH (p-p) + HCl (p-p) = NaCl (p-p) + H2O (g).

3. Reakcije med trdnimi snovmi:

CaO (tv) + SiO2 (tv) = CaSiO3 (tv).

3. Razvrstitev reakcij po številu faz

Faza je skupek homogenih delov sistema z enakimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi in ločenih drug od drugega z vmesnikom.