A kémiai reakciók típusai. kémiai reakciók

A kémiai reakciók osztályozása a szervetlen és szerves kémiában különféle osztályozási jellemzők alapján történik, amelyek részleteit az alábbi táblázat tartalmazza.

Az elemek oxidációs állapotának megváltoztatásával

Az osztályozás első jele a reagenseket és termékeket alkotó elemek oxidációs fokának megváltoztatása.
a) redox
b) az oxidációs állapot megváltoztatása nélkül
redox A reagenseket alkotó kémiai elemek oxidációs állapotának megváltozásával járó reakcióknak nevezzük. A szervetlen kémiában a redoxreakciók magukban foglalják az összes szubsztitúciós reakciót, valamint azokat a bomlási és összetett reakciókat, amelyekben legalább egy egyszerű anyag vesz részt. Azok a reakciók, amelyek a reaktánsokat és reakciótermékeket alkotó elemek oxidációs állapotának megváltoztatása nélkül mennek végbe, magukban foglalják az összes cserereakciót.

A reagensek és termékek száma és összetétele szerint

A kémiai reakciókat a folyamat természete szerint osztályozzák, azaz a reagensek és termékek száma és összetétele szerint.

Kapcsolódási reakciók kémiai reakcióknak nevezzük, amelyek eredményeként több egyszerűbb molekulából összetett molekulákat nyernek, például:
4Li + O 2 = 2Li 2O

Bomlási reakciók kémiai reakcióknak nevezzük, amelyek eredményeként egyszerű molekulákat nyernek a bonyolultabbakból, például:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

A bomlási reakciók a vegyülettel fordított folyamatoknak tekinthetők.

helyettesítési reakciók kémiai reakcióknak nevezzük, amelyek eredményeként egy anyag molekulájában egy atomot vagy atomcsoportot egy másik atom vagy atomcsoport helyettesít, például:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 

Megkülönböztető jellemzőjük egy egyszerű anyag és egy összetett kölcsönhatás. Ilyen reakciók léteznek a szerves kémiában.
A „helyettesítés” fogalma azonban a szerves anyagokban tágabb, mint a szervetlen kémiában. Ha az eredeti anyag molekulájában bármelyik atomot vagy funkciós csoportot egy másik atommal vagy csoporttal helyettesítjük, ezek is szubsztitúciós reakciók, bár a szervetlen kémia szempontjából a folyamat cserereakciónak tűnik.
- csere (beleértve a semlegesítést).
Cserereakciók kémiai reakcióknak nevezzük, amelyek az elemek oxidációs állapotának megváltoztatása nélkül mennek végbe, és a reagensek alkotórészeinek kicserélődéséhez vezetnek, pl.
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

Fuss az ellenkező irányba, ha lehetséges.

Ha lehetséges, haladjon az ellenkező irányba - reverzibilis és visszafordíthatatlan.

megfordítható Adott hőmérsékleten egyidejűleg két ellentétes irányban, arányos sebességgel lejátszódó kémiai reakcióknak nevezzük. Az ilyen reakciók egyenleteinek felírásakor az egyenlőségjelet ellentétes irányú nyilak helyettesítik. A reverzibilis reakció legegyszerűbb példája az ammónia szintézise nitrogén és hidrogén kölcsönhatása révén:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

visszafordíthatatlan olyan reakciók, amelyek csak előrefelé mennek végbe, melynek eredményeként olyan termékek keletkeznek, amelyek nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Visszafordíthatatlanok közé tartoznak azok a kémiai reakciók, amelyek során enyhén disszociált vegyületek képződnek, nagy mennyiségű energia szabadul fel, valamint azok, amelyekben a végtermékek gáz-halmazállapotban vagy csapadék formájában távoznak a reakciószférából, pl.

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

Termikus hatás alapján

hőtermelő olyan kémiai reakciók, amelyek hőt bocsátanak ki. Az entalpia (hőtartalom) változásának szimbóluma ΔH, a reakció termikus hatása pedig Q. Exoterm reakciók esetén Q > 0 és ΔH< 0.

endoterm kémiai reakcióknak nevezzük, amelyek a hő elnyelésével mennek végbe. Endoterm reakciókhoz Q< 0, а ΔH > 0.

A kapcsolási reakciók általában exoterm reakciók, a bomlási reakciók pedig endoterm reakciók. Ritka kivétel a nitrogén és az oxigén reakciója - endoterm:
N2 + O2 → 2NO - K

Fázis szerint

homogén homogén közegben végbemenő reakcióknak nevezzük (homogén anyagok, egy fázisban pl. g-g, oldatokban végbemenő reakciók).

heterogén inhomogén közegben, a különböző fázisú, például szilárd és gáznemű, folyékony és gáznemű, egymással nem elegyedő folyadékban lévő reagáló anyagok érintkezési felületén lejátszódó reakciókat nevezzük.

Katalizátor használatával

A katalizátor olyan anyag, amely felgyorsítja a kémiai reakciót.

katalitikus reakciók csak katalizátor jelenlétében (beleértve az enzimes katalizátorokat is).

Nem katalitikus reakciók katalizátor hiányában futni.

A szakadás típusa szerint

A kiindulási molekulában a kémiai kötés felszakadásának típusa szerint homolitikus és heterolitikus reakciókat különböztetünk meg.

homolitikus reakcióknak nevezzük, amelyek során a kötések felbomlása következtében olyan részecskék képződnek, amelyekben párosítatlan elektron van - szabad gyökök.

Heterolitikus reakcióknak nevezzük, amelyek ionos részecskék - kationok és anionok - képződésén keresztül mennek végbe.

• homolitikus (egyenlő rés, minden atom 1 elektront kap)
• heterolitikus (egyenlőtlen rés - egy pár elektront kap)

Radikális A gyököket érintő (lánc)kémiai reakciókat pl.

CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl

ión kémiai reakcióknak nevezzük, amelyek ionok részvételével mennek végbe, például:

KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓

Az elektrofil szerves vegyületek heterolitikus reakcióit jelenti elektrofilekkel - olyan részecskékkel, amelyek teljes vagy részleges pozitív töltést hordoznak. Ezeket elektrofil szubsztitúciós és elektrofil addíciós reakciókra osztják, például:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C \u003d CH 2 + Br 2 → BrCH 2 -CH 2 Br

A nukleofil szerves vegyületek heterolitikus reakcióit jelenti nukleofilekkel - olyan részecskékkel, amelyek egész számot vagy részleges negatív töltést hordoznak. Ezeket nukleofil szubsztitúciós és nukleofil addíciós reakciókra osztják, például:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

CH 3 C (O) H + C 2 H 5OH → CH 3 CH (OC 2 H 5) 2 + H 2 O

A szerves reakciók osztályozása

A szerves reakciók osztályozását a táblázat tartalmazza:

Az "összetett reakció" fogalma a "bomlási reakció" fogalmának antonimája. Próbálja meg az oppozíciós technikával meghatározni az „összetett reakció” fogalmát. Jobb! A következő megfogalmazásod van.

Tekintsük az ilyen típusú reakciókat egy másik, az Ön számára új kémiai folyamatok rögzítési formája segítségével – az úgynevezett átmeneti, vagy átalakulási láncok segítségével. Például séma

ábra a foszfor átalakulását foszfor-oxiddá (V) P 2 O 5 mutatja, amely azután H 3 PO 4 foszforsavvá alakul.

Az anyagok átalakulásának sémájában szereplő nyilak száma megfelel a kémiai átalakulások - kémiai reakciók - minimális számának. Ebben a példában két kémiai folyamatról van szó.

1. folyamat. Foszfor-oxid (V) Р 2 O 5 kinyerése foszforból. Nyilvánvaló, hogy ez a foszfor és az oxigén kombinációjának reakciója.

Tegyünk egy kis vörös foszfort egy kanálba, hogy megégetjük az anyagokat, és gyújtsuk meg. A foszfor erős lánggal ég, és kis foszfor (V)-oxid részecskéiből álló fehér füst keletkezik:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5.

2. folyamat. Tegyünk egy kanál égő foszfort a lombikba. Foszfor-oxidból (V) származó sűrű füsttel van tele. A lombikból kiveszünk egy kanalat, vizet öntünk a lombikba és a tartalmát összerázzuk, miután a lombik nyakát dugóval lezárjuk. A füst fokozatosan elvékonyodik, vízben oldódik, végül teljesen eltűnik. Ha egy kis lakmuszt adunk a lombikban kapott oldathoz, az piros színűvé válik, ami a foszforsav képződésének bizonyítéka:

P 2 O 5 + ZN 2 O \u003d 2H 3 RO 4.

A szóban forgó átmenetek végrehajtására szolgáló reakciók katalizátor részvétele nélkül mennek végbe, ezért ezeket nem katalitikusnak nevezzük. A fenti reakciók csak egy irányba mennek végbe, azaz visszafordíthatatlanok.

Vizsgáljuk meg, hány és milyen anyag lépett be a fenti reakciókba, és hány és milyen anyag keletkezett bennük. Az első reakcióban két egyszerű anyagból egy összetett anyag keletkezett, a másodikban pedig két összetett anyagból, amelyek mindegyike két elemből áll, egy összetett anyag keletkezett, amely már három elemből állt.

Egy komplex anyag képződhet összetett és egyszerű anyagok kombinációjának reakciója eredményeként is. Például a (IV) kén-oxidból kénsavat állítanak elő, a (VI) kén-oxidot kapják:

Ez a reakció mind előre, azaz a reakciótermék keletkezésével, mind pedig fordított irányban megy végbe, azaz a reakciótermék kiindulási anyagokra bomlik, ezért az egyenlőségjel helyett a reverzibilitás jelét teszik.

Ez a reakció egy katalizátort tartalmaz - vanádium (V) oxid V 2 O 5, amely a reverzibilitási jel felett van feltüntetve:

Három anyag kombinációjának reakciójában összetett anyag is előállítható. Például salétromsavat kapunk egy reakcióval, amelynek sémája a következő:

NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3.

Fontolja meg, hogyan kell kiválasztani az együtthatókat a kémiai reakció sémájának kiegyenlítéséhez.

A nitrogénatomok számát nem kell kiegyenlíteni: a séma bal és jobb oldalán egyaránt egy-egy nitrogénatom. Egyenlítse ki a hidrogénatomok számát - a savképlet elé írjuk a 2-es együtthatót:

NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.

de ebben az esetben a nitrogénatomok számának egyenlősége sérül - egy nitrogénatom marad a bal oldalon, és kettő van a jobb oldalon. A nitrogén-monoxid (IV) képlete elé írjuk a 2-es együtthatót:

2NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.

Számoljuk meg az oxigénatomok számát: a reakcióséma bal oldalán hét, a jobb oldalon hat található. Az oxigénatomok számának kiegyenlítéséhez (hat atom az egyenlet minden részében), ne feledje, hogy az egyszerű anyagok képlete előtt felírhatja az 1/2 törtegyütthatót:

2NO 2 + H 2 O + 1/2O 2 → 2HNO 3.

Tegyük az együtthatókat egész számokra. Ehhez átírjuk az egyenletet az együtthatók megkétszerezésével:

4NO 2 + 2Н 2 O + O 2 → 4HNO 3.

Meg kell jegyezni, hogy szinte minden összetett reakció exoterm reakció.

15. sz. laboratóriumi kísérlet
Réz kalcinálása alkohollámpa lángjában

Tekintse meg a kapott rézhuzalt (lemezt), és írja le a megjelenését. Gyújtsa meg a huzalt tégelyfogóval a szellemlámpa lángjának felső részében 1 percig. Ismertesse a reakció körülményeit! Írjon le egy jelet, amely megerősíti, hogy kémiai reakció történt. Írd fel a reakció egyenletét! Nevezze meg a reakció kiindulási anyagait és termékeit!

Magyarázza meg, hogy változott-e a rézhuzal (lemez) tömege a kísérlet befejezése után! Indokolja válaszát az anyagok tömegének megmaradásának törvényének ismeretében!

Kulcsszavak és kifejezések

1. A kombinációs reakciók a bomlási reakciók antonimája.
2. Katalitikus (beleértve az enzimes) és nem katalitikus reakciókat.
3. Átmeneti láncok vagy transzformációk.
4. Reverzibilis és visszafordíthatatlan reakciók.

Dolgozzon számítógéppel

1. Lásd az elektronikus jelentkezést. Tanulmányozza át az óra anyagát, és oldja meg a javasolt feladatokat.
2. Keressen az interneten olyan e-mail címeket, amelyek további forrásként szolgálhatnak a bekezdés kulcsszavainak és kifejezéseinek tartalmáról. Ajánlja fel a tanárnak a segítségét egy új óra előkészítésében - készítsen jelentést a következő bekezdés kulcsszavairól és kifejezéseiről.

Kérdések és feladatok

A bomlási reakciók fontos szerepet játszanak a bolygó életében. Végül is hozzájárulnak az összes biológiai szervezet salakanyagainak megsemmisítéséhez. Ezen túlmenően ez a folyamat segíti az emberi szervezetet a különféle összetett vegyületek napi felszívódásában azáltal, hogy egyszerű vegyületekre bontja őket (katabolizmus). A fentiek mellett ez a reakció hozzájárul az egyszerű szerves és szervetlen anyagok képződéséhez az összetett anyagokból. Tanuljunk meg többet erről a folyamatról, és nézzünk meg gyakorlati példákat a bomlási kémiai reakcióra.

Mit nevezünk reakcióknak a kémiában, milyen típusúak és mitől függenek

A lebontással kapcsolatos információk tanulmányozása előtt érdemes általánosságban tájékozódni. Ez az elnevezés arra utal, hogy egyes anyagok molekulái képesek kölcsönhatásba lépni másokkal, és ilyen módon új vegyületeket képezni.

Például, ha oxigén és kettő kölcsönhatásba lép egymással, az eredmény két hidrogén-oxid molekula lesz, amelyet mindannyian vízként ismerünk. Ez a folyamat a következő kémiai egyenlettel írható fel: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

Bár a kémiai reakciók megkülönböztetésének különböző kritériumai vannak (termikus hatás, katalizátorok, fázishatárok jelenléte / hiánya, a reagensek oxidációs állapotának változása, reverzibilitás / irreverzibilitás), ezeket leggyakrabban a kölcsönhatásban lévő átalakulás típusa szerint osztályozzák. anyagokat.

Így a kémiai folyamatoknak négy típusát különböztetjük meg.

• Összetett.
• Bomlás.
• Csere.
• Helyettesítés.

A fenti reakciók mindegyike grafikusan egyenletekkel van felírva. Általános sémájuk így néz ki: A → B.

A képlet bal oldalán találhatók a kezdeti reagensek, a jobb oldalon pedig a reakció eredményeként képződött anyagok. Általában hőmérsékletnek, elektromosságnak vagy katalitikus adalékok használatának szükséges az indításához. Jelenlétüket a kémiai egyenletben is jelezni kell.

bomlás (hasadás)

Az ilyen típusú kémiai folyamatokra az jellemző, hogy egy anyag molekuláiból két vagy több új vegyület képződik.

Egyszerűbben fogalmazva, a bomlási reakció egy tervező házához hasonlítható. Miután úgy döntött, hogy autót és csónakot épít, a gyermek szétszedi a kezdeti szerkezetet, és megépíti a kívántat az alkatrészekből. Ugyanakkor magának a konstruktornak az elemeinek szerkezete nem változik, ahogy az a hasadásban részt vevő anyag atomjainál sem.

Hogyan néz ki a figyelembe vett reakció egyenlete?

Annak ellenére, hogy több száz kapcsolat képes egyszerűbb komponensekre szétválni, minden ilyen folyamat ugyanazon elv szerint megy végbe. A sematikus képlet segítségével ábrázolhatja: ABV → A + B + C.

Ebben az ABV a kezdeti vegyület, amely hasításon ment keresztül. A, B és C olyan anyagok, amelyek az ABV atomjaiból képződnek a bomlási reakció során.

A hasítási reakciók típusai

Mint fentebb említettük, egy kémiai folyamat elindításához gyakran szükséges bizonyos hatást gyakorolni a reagensekre. Az ilyen stimuláció típusától függően többféle bomlás létezik:

A kálium-permanganát (KMnO4) bomlása

Miután foglalkoztunk az elmélettel, érdemes gyakorlati példákat megfontolni az anyagok hasítási folyamatára.

Ezek közül az első a KMnO 4 (általános nevén kálium-permanganát) melegítés hatására bekövetkező bomlása lesz. A reakcióegyenlet így néz ki: 2KMnO 4 (t 200 °C) → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

A bemutatott kémiai képletből látható, hogy a folyamat aktiválásához a kiindulási reagenst 200 Celsius fokra kell melegíteni. A jobb reakció érdekében a kálium-permanganátot vákuumtartályba helyezzük. Ebből arra következtethetünk, hogy ez a folyamat pirolízis.

A laboratóriumokban és a gyártásban tiszta és ellenőrzött oxigén beszerzése céljából végzik.

A kálium-klorát (KClO3) termolízise

A Berthollet-só bomlási reakciója a tiszta klasszikus termolízis másik példája.

Az említett folyamat két szakaszon megy keresztül, és így néz ki:

• 2 KClO 3 (t 400 °C) → 3KClO 4 + KCl.
• KClO 4 (t 550 °C-tól) → KCl + 2O2

A kálium-klorát termolízise is elvégezhető alacsonyabb hőmérsékleten (legfeljebb 200 ° C-on) egy lépésben, de ehhez szükséges, hogy a reakcióban részt vegyenek a katalizáló anyagok - különböző fémek oxidjai (cuprum, ferum, mangán, stb.).

Egy ilyen egyenlet így fog kinézni: 2KClO 3 (t 150 °C, MnO 2) → KCl + 2O 2.

A kálium-permanganáthoz hasonlóan a Bertolet-sót is laboratóriumokban és iparban használják tiszta oxigén előállítására.

Víz elektrolízise és radiolízise (H20)

A vizsgált reakció másik érdekes gyakorlati példája a víz bomlása. Kétféleképpen állítható elő:

• Elektromos áram hatására hidrogén-oxidra: H 2 O → H 2 + O 2. Az oxigén megszerzésének megfontolt módszerét a tengeralattjárók használják tengeralattjáróikon. A jövőben is nagy mennyiségben hidrogén előállítására tervezik. Ennek manapság a fő akadálya a reakció serkentéséhez szükséges hatalmas energiaköltség. Ha módot találnak ezek minimalizálására, a víz elektrolízise nemcsak a hidrogén, hanem az oxigén előállításának fő módja lesz.
• A víz alfa-sugárzás hatására is felhasadhat: H 2 O → H 2 O + +e -. Ennek eredményeként a hidrogén-oxid molekula egy elektront veszít, és ionizálódik. Ebben a formában a H2O + ismét reakcióba lép más semleges vízmolekulákkal, és egy nagyon reaktív hidroxid-gyököt képez: H2O + H2O + → H2O + OH. Az elveszett elektron pedig párhuzamosan reagál semleges hidrogén-oxid molekulákkal, hozzájárulva azok H és OH gyökökre való bomlásához: H 2 O + e - → H + OH.

Alkánok lebontása: metán

Figyelembe véve a komplex anyagok elválasztásának különféle módjait, érdemes kiemelt figyelmet fordítani az alkánok bomlási reakciójára.

Ez a név a C X H 2X + 2 általános képlettel rendelkező telített szénhidrogéneket rejti. A vizsgált anyagok molekuláiban minden szénatom egyes kötéssel kapcsolódik össze.

Ennek a sorozatnak a képviselői a természetben mindhárom halmazállapotban (gáz, folyékony, szilárd) megtalálhatók.

Minden alkán (a sorozat képviselőinek bomlási reakciója alább látható) könnyebb, mint a víz, és nem oldódik benne. Maguk azonban kiváló oldószerek más vegyületeknek.

Az ilyen anyagok fő kémiai tulajdonságai (égés, szubsztitúció, halogénezés, dehidrogénezés) - és a szétválás képessége. Ez a folyamat azonban teljesen vagy részben előfordulhat.

A fenti tulajdonság a metán (az alkánsorozat első tagja) bomlási reakciójának példáján tekinthető. Ez a termolízis 1000 °C-on megy végbe: CH 4 → C+2H 2 .

Ha azonban a metán lebontási reakciót magasabb hőmérsékleten (1500 ° C) hajtják végre, és ezt követően élesen redukálják, ez a gáz nem hasad fel teljesen, etilént és hidrogént képezve: 2CH 4 → C 2 H 4 + 3H 2.

Etán bomlás

A vizsgált alkánsorozat második tagja a C 2 H 4 (etán). Bomlási reakciója magas hőmérséklet (50 °C) hatására és oxigén vagy más oxidálószerek teljes hiányában is végbemegy. Így néz ki: C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2.

Az etán hidrogénné és etilénné történő bomlásának fenti reakcióegyenlete nem tekinthető tiszta formájában pirolízisnek. Az a tény, hogy ez a folyamat katalizátor (például nikkel-fém-nikkel vagy vízgőz) jelenlétében megy végbe, és ez ellentmond a pirolízis meghatározásának. Ezért helyes a fent bemutatott hasítási példáról úgy beszélni, mint a pirolízis során végbemenő bomlási folyamatról.

Meg kell jegyezni, hogy a szóban forgó reakciót széles körben használják az iparban a világon legtöbbször előállított szerves vegyület - etiléngáz - előállítására. A C 2 H 6 robbanékonysága miatt azonban ezt a legegyszerűbb alként gyakrabban más anyagokból szintetizálják.

A bomlási reakció definícióit, egyenletét, típusait és különféle példáit figyelembe véve megállapíthatjuk, hogy nemcsak az emberi szervezet és a természet, hanem az ipar számára is nagyon fontos szerepet tölt be. Emellett laboratóriumi segítségével számos hasznos anyag szintetizálható, ami segíti a tudósokat abban, hogy fontos