Tipuri de reacții chimice. reacții chimice

Clasificarea reacțiilor chimice în chimia anorganică și organică se realizează pe baza diferitelor caracteristici de clasificare, detalii ale cărora sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Prin modificarea stării de oxidare a elementelor

Primul semn de clasificare este prin modificarea gradului de oxidare a elementelor care formează reactanții și produșii.
a) redox
b) fără modificarea stării de oxidare
redox numite reacţii însoţite de o modificare a stărilor de oxidare a elementelor chimice care alcătuiesc reactivii. Redox în chimia anorganică include toate reacțiile de substituție și acele reacții de descompunere și compuse în care este implicată cel puțin o substanță simplă. Reacțiile care au loc fără modificarea stărilor de oxidare ale elementelor care formează reactanții și produșii de reacție includ toate reacțiile de schimb.

După numărul și compoziția reactivilor și a produselor

Reacțiile chimice sunt clasificate în funcție de natura procesului, adică în funcție de numărul și compoziția reactanților și a produselor.

Reacții de conexiune numite reacții chimice, în urma cărora se obțin molecule complexe din câteva mai simple, de exemplu:
4Li + O2 = 2Li2O

Reacții de descompunere numite reacții chimice, în urma cărora se obțin molecule simple din altele mai complexe, de exemplu:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

Reacțiile de descompunere pot fi privite ca procese inverse față de compus.

reacții de substituție reacțiile chimice se numesc, în urma cărora un atom sau un grup de atomi dintr-o moleculă a unei substanțe este înlocuit cu un alt atom sau grup de atomi, de exemplu:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 

Trăsătura lor distinctivă este interacțiunea unei substanțe simple cu una complexă. Astfel de reacții există în chimia organică.
Cu toate acestea, conceptul de „substituție” în substanțele organice este mai larg decât în ​​chimia anorganică. Dacă orice atom sau grup funcțional din molecula substanței inițiale este înlocuit cu un alt atom sau grup, acestea sunt și reacții de substituție, deși din punctul de vedere al chimiei anorganice, procesul arată ca o reacție de schimb.
- schimb (inclusiv neutralizare).
Reacții de schimb numiți reacții chimice care apar fără modificarea stărilor de oxidare ale elementelor și conduc la schimbul părților constitutive ale reactivilor, de exemplu:
AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3

Alergați în direcția opusă, dacă este posibil.

Dacă este posibil, procedați în direcția opusă - reversibil și ireversibil.

reversibil numite reacții chimice care au loc la o anumită temperatură simultan în două direcții opuse cu viteze proporționale. Când se scriu ecuațiile unor astfel de reacții, semnul egal este înlocuit cu săgeți direcționate opus. Cel mai simplu exemplu de reacție reversibilă este sinteza amoniacului prin interacțiunea azotului și hidrogenului:

N2 + 3H2↔2NH3

ireversibil sunt reacții care au loc numai în direcția înainte, în urma cărora se formează produse care nu interacționează între ele. Reacțiile ireversibile includ reacțiile chimice care au ca rezultat formarea de compuși ușor disociați, se eliberează o cantitate mare de energie, precum și cele în care produsele finale părăsesc sfera de reacție sub formă gazoasă sau sub formă de precipitat, de exemplu:

HCl + NaOH = NaCI + H2O

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

BaBr2 + Na2SO4 = BaS04↓ + 2NaBr

Prin efect termic

exotermic sunt reacții chimice care eliberează căldură. Simbolul pentru modificarea entalpiei (conținutul de căldură) este ΔH, iar efectul termic al reacției este Q. Pentru reacțiile exoterme, Q > 0 și ΔH< 0.

endotermic numite reacţii chimice care au loc cu absorbţia căldurii. Pentru reacțiile endoterme Q< 0, а ΔH > 0.

Reacțiile de cuplare vor fi în general reacții exoterme, iar reacțiile de descompunere vor fi endoterme. O excepție rară este reacția azotului cu oxigenul - endotermă:
N2 + O2 → 2NO - Q

Pe fază

omogen numite reacții care au loc într-un mediu omogen (substanțe omogene, într-o fază, de exemplu, g-g, reacții în soluții).

eterogen numite reactii care au loc intr-un mediu neomogen, pe suprafata de contact a substantelor care reactioneaza care se afla in faze diferite, de exemplu, solid si gazos, lichid si gazos, in doua lichide nemiscibile.

Prin utilizarea unui catalizator

Un catalizator este o substanță care accelerează o reacție chimică.

reacții catalitice se procedează numai în prezența unui catalizator (inclusiv a celor enzimatici).

Reacții necatalitice rulează în absența unui catalizator.

După tipul de ruptură

În funcție de tipul de rupere a legăturii chimice în molecula inițială, se disting reacțiile homolitice și heterolitice.

omolitic numite reacții în care, ca urmare a ruperii legăturilor, se formează particule care au un electron nepereche - radicali liberi.

Heterolitic numite reacții care au loc prin formarea particulelor ionice – cationi și anioni.

• homolitic (decalaj egal, fiecare atom primește 1 electron)
• heterolitic (decalaj inegal - se obține o pereche de electroni)

Radical Reacțiile chimice (în lanț) care implică radicali se numesc, de exemplu:

CH4 + Cl2hv → CH3CI + HCI

ionic numite reacții chimice care au loc cu participarea ionilor, de exemplu:

KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓

Electrofil se referă la reacțiile heterolitice ale compușilor organici cu electrofile - particule care poartă o sarcină pozitivă întreagă sau fracționată. Ele sunt împărțite în reacții de substituție electrofilă și adiție electrofilă, de exemplu:

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

Nucleofil se referă la reacțiile heterolitice ale compușilor organici cu nucleofile - particule care poartă o sarcină negativă întreagă sau fracțională. Ele sunt subdivizate în reacții de substituție nucleofilă și reacții de adiție nucleofilă, de exemplu:

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

Clasificarea reacțiilor organice

Clasificarea reacțiilor organice este dată în tabel:

Conceptul de „reacție compusă” este antonimul conceptului de „reacție de descompunere”. Încercați, folosind tehnica opoziției, să definiți conceptul de „reacție compusă”. Dreapta! Aveți următoarea formulare.

Să luăm în considerare acest tip de reacții cu ajutorul unei alte forme, noi pentru tine, de înregistrare a proceselor chimice - așa-numitele lanțuri de tranziții, sau transformări. De exemplu, schema

prezintă conversia fosforului în oxid de fosfor (V) P 2 O 5 , care, la rândul său, este apoi transformat în acid fosforic H 3 PO 4 .

Numărul de săgeți din schema de transformare a substanțelor corespunde numărului minim de transformări chimice - reacții chimice. În acest exemplu, acestea sunt două procese chimice.

primul proces. Obţinerea oxidului de fosfor (V) Р 2 O 5 din fosfor. Evident, aceasta este o reacție a combinației de fosfor cu oxigen.

Să punem niște fosfor roșu într-o lingură pentru a arde substanțele și să-i dăm foc. Fosforul arde cu o flacără strălucitoare, producând fum alb format din particule mici de oxid de fosfor (V):

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

al 2-lea proces. Să punem în balon o lingură de fosfor arzând. Este umplut cu fum dens din oxid de fosfor (V). Scoatem o lingura din balon, turnam apa in balon si agitam continutul, dupa ce inchidem gatul balonului cu un dop. Fumul se subțiază treptat, se dizolvă în apă și, în sfârșit, dispare complet. Dacă se adaugă puțin turnesol la soluția obținută în balon, acesta va deveni roșu, ceea ce este o dovadă a formării acidului fosforic:

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

Reacțiile care sunt efectuate pentru a efectua tranzițiile luate în considerare se desfășoară fără participarea unui catalizator, de aceea sunt numite necatalitice. Reacțiile considerate mai sus au loc doar într-o singură direcție, adică sunt ireversibile.

Să analizăm câte și ce substanțe au intrat în reacțiile de mai sus și câte și ce substanțe s-au format în ele. În prima reacție, s-a format o substanță complexă din două substanțe simple, iar în a doua - din două substanțe complexe, fiecare dintre ele constând din două elemente, s-a format o substanță complexă, constând deja din trei elemente.

O substanță complexă se poate forma și ca rezultat al reacției combinației de substanțe complexe și simple. De exemplu, în producția de acid sulfuric din oxid de sulf (IV), se obține oxid de sulf (VI):

Această reacție se desfășoară atât în ​​direcția înainte, adică cu formarea produsului de reacție, cât și în sens invers, adică produsul de reacție se descompune în substanțele inițiale, prin urmare, în locul semnului egal, pun semnul reversibilității.

Această reacție implică un catalizator - oxid de vanadiu (V) V 2 O 5, care este indicat deasupra semnului de reversibilitate:

O substanță complexă poate fi obținută și în reacția combinației a trei substanțe. De exemplu, acidul azotic se obține printr-o reacție a cărei schemă este:

NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3.

Luați în considerare cum să alegeți coeficienții pentru a egaliza schema acestei reacții chimice.

Numărul de atomi de azot nu trebuie egalat: atât în ​​partea stângă, cât și în partea dreaptă a schemei, câte un atom de azot. Egalizează numărul de atomi de hidrogen - în fața formulei acidului scriem coeficientul 2:

NO2 + H2O + O2 → 2HNO3.

dar în acest caz, egalitatea numărului de atomi de azot va fi încălcată - un atom de azot rămâne în partea stângă și există doi dintre ei în dreapta. Scriem coeficientul 2 în fața formulei pentru oxidul de azot (IV):

2NO2 + H2O + O2 → 2HNO3.

Să numărăm numărul de atomi de oxigen: sunt șapte în partea stângă a schemei de reacție și șase în partea dreaptă. Pentru a egaliza numărul de atomi de oxigen (șase atomi în fiecare parte a ecuației), amintiți-vă că înainte de formulele substanțelor simple, puteți scrie coeficientul fracțional 1/2:

2NO2 + H2O + 1/2O2 → 2HNO3.

Să facem coeficienții numere întregi. Pentru a face acest lucru, rescriem ecuația prin dublarea coeficienților:

4NO 2 + 2Н 2 O + O 2 → 4HNO 3.

Trebuie remarcat faptul că aproape toate reacțiile compuse sunt reacții exoterme.

Experimentul de laborator nr. 15
Calcinarea cuprului în flacăra unei lămpi cu alcool

Luați în considerare firul de cupru (placa) care vi se oferă și descrieți aspectul acestuia. Aprindeți firul, ținându-l cu clești pentru creuzet, în partea superioară a flăcării lămpii cu spirit, timp de 1 minut. Descrieți condițiile reacției. Descrieți un semn care confirmă că a avut loc o reacție chimică. Scrieți o ecuație pentru reacție. Numiți materiile prime și produsele reacției.

Explicați dacă masa firului (plăcii) de cupru s-a modificat după încheierea experimentului. Justificați-vă răspunsul folosind cunoștințele legii conservării masei substanțelor.

Cuvinte cheie și expresii

1. Reacțiile combinate sunt antonime pentru reacțiile de descompunere.
2. Reacții catalitice (inclusiv enzimatice) și necatalitice.
3. Lanțuri de tranziții sau transformări.
4. Reacții reversibile și ireversibile.

Lucrați cu computerul

1. Consultați aplicația electronică. Studiați materialul lecției și finalizați sarcinile propuse.
2. Căutați pe Internet adrese de e-mail care pot servi ca surse suplimentare care dezvăluie conținutul cuvintelor cheie și al frazelor din paragraf. Oferă profesorului ajutorul tău în pregătirea unei noi lecții - întocmește un raport asupra cuvintelor și expresiilor cheie din următorul paragraf.

Întrebări și sarcini

Reacțiile de descompunere joacă un rol important în viața planetei. La urma urmei, ele contribuie la distrugerea deșeurilor tuturor organismelor biologice. În plus, acest proces ajută organismul uman să absoarbă zilnic diverși compuși complecși prin descompunerea lor în compuși simpli (catabolism). Pe lângă toate cele de mai sus, această reacție contribuie la formarea de substanțe organice și anorganice simple din cele complexe. Să aflăm mai multe despre acest proces și, de asemenea, să ne uităm la exemple practice ale reacției chimice de descompunere.

Ce se numesc reacții în chimie, ce tipuri sunt și de ce depind

Înainte de a studia informațiile despre descompunere, merită să înveți despre acestea în general. Acest nume se referă la capacitatea moleculelor unor substanțe de a interacționa cu altele și de a forma noi compuși în acest fel.

De exemplu, dacă oxigenul și doi interacționează unul cu celălalt, rezultatul vor fi două molecule de oxid de hidrogen, pe care le cunoaștem cu toții drept apă. Acest proces poate fi scris folosind următoarea ecuație chimică: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

Deși există diferite criterii după care se disting reacțiile chimice (efect termic, catalizatori, prezența/absența limitelor de fază, modificări ale stărilor de oxidare ale reactivilor, reversibilitate/ireversibilitate), acestea sunt cel mai adesea clasificate în funcție de tipul de transformare al interacțiunii. substante.

Astfel, se disting patru tipuri de procese chimice.

• Compus.
• Descompunere.
• Schimb valutar.
• Substituţie.

Toate reacțiile de mai sus sunt scrise grafic folosind ecuații. Schema lor generală arată astfel: A → B.

În partea stângă a acestei formule sunt reactivii inițiali, iar în dreapta - substanțele formate ca urmare a reacției. De regulă, necesită expunerea la temperatură, electricitate sau utilizarea aditivilor catalitici pentru a porni. Prezența lor ar trebui indicată și în ecuația chimică.

descompunere (divizare)

Acest tip de proces chimic se caracterizează prin formarea a doi sau mai mulți compuși noi din moleculele unei substanțe.

În termeni mai simpli, reacția de descompunere poate fi comparată cu o casă de la un proiectant. După ce a decis să construiască o mașină și o barcă, copilul dezasambla structura inițială și construiește cea dorită din părțile sale. În același timp, structura elementelor constructorului în sine nu se modifică, așa cum se întâmplă cu atomii substanței implicate în scindare.

Cum arată ecuația reacției luate în considerare?

În ciuda faptului că sute de conexiuni sunt capabile să se separe în componente mai simple, toate astfel de procese au loc după același principiu. Îl puteți reprezenta folosind formula schematică: ABV → A + B + C.

În el, ABV este compusul inițial care a suferit clivaj. A, B și C sunt substanțe formate din atomii ABV în timpul reacției de descompunere.

Tipuri de reacții de clivaj

După cum sa menționat mai sus, pentru a începe un proces chimic, este adesea necesar să aveți un anumit efect asupra reactivilor. În funcție de tipul unei astfel de stimulări, există mai multe tipuri de descompunere:

Descompunerea permanganatului de potasiu (KMnO4)

După ce s-a ocupat de teorie, merită să luăm în considerare exemple practice ale procesului de scindare a substanțelor.

Prima dintre acestea va fi degradarea KMnO 4 (denumită în mod obișnuit permanganat de potasiu) din cauza încălzirii. Ecuația reacției arată astfel: 2KMnO 4 (t 200 ° C) → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

Din formula chimică prezentată se poate observa că pentru a activa procesul este necesară încălzirea reactivului inițial la 200 de grade Celsius. Pentru o reacție mai bună, permanganatul de potasiu se pune într-un vas cu vid. Din aceasta putem concluziona că acest proces este piroliză.

În laboratoare și în producție, se realizează pentru obținerea de oxigen pur și controlat.

Termoliza cloratului de potasiu (KClO3)

Reacția de descompunere a sării Berthollet este un alt exemplu de termoliză clasică pură.

Procesul menționat trece prin două etape și arată astfel:

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

De asemenea, termoliza cloratului de potasiu poate fi efectuată la temperaturi mai scăzute (până la 200 ° C) într-o singură etapă, dar pentru aceasta este necesar ca substanțele catalizatoare să ia parte la reacția - oxizi ai diferitelor metale (cuprum, ferum, mangan, etc.).

O ecuație de acest fel va arăta astfel: 2KClO 3 (t 150 ° C, MnO 2) → KCl + 2O 2.

Ca și permanganatul de potasiu, sarea Bertolet este folosită în laboratoare și industrie pentru a produce oxigen pur.

Electroliza și radioliza apei (H20)

Un alt exemplu practic interesant al reacției luate în considerare este descompunerea apei. Poate fi produs în două moduri:

• Sub influența curentului electric asupra oxidului de hidrogen: H 2 O → H 2 + O 2. Metoda luată în considerare de obținere a oxigenului este folosită de submarinarii pe submarinele lor. De asemenea, în viitor este planificată utilizarea acestuia pentru a produce hidrogen în cantități mari. Principalul obstacol în acest sens astăzi îl reprezintă costurile uriașe de energie necesare pentru a stimula reacția. Când se găsește o modalitate de a le minimiza, electroliza apei va deveni principala modalitate de a produce nu numai hidrogen, ci și oxigen.
• Apa poate fi, de asemenea, divizată atunci când este expusă la radiații alfa: H 2 O → H 2 O + +e -. Ca urmare, molecula de oxid de hidrogen pierde un electron, devenind ionizată. În această formă, H2O + reacționează din nou cu alte molecule de apă neutre, formând un radical hidroxid foarte reactiv: H2O + H2O + → H2O + OH. Electronul pierdut, la rândul său, reacționează și el în paralel cu moleculele neutre de oxid de hidrogen, contribuind la descompunerea acestora în radicali H și OH: H 2 O + e - → H + OH.

Descompunerea alcanilor: metan

Având în vedere diferitele modalități de separare a substanțelor complexe, merită să se acorde o atenție deosebită reacției de descompunere a alcanilor.

Această denumire ascunde hidrocarburile saturate cu formula generală C X H 2X + 2. În moleculele substanțelor luate în considerare, toți atomii de carbon sunt legați prin legături simple.

Reprezentanții acestei serii se găsesc în natură în toate cele trei stări de agregare (gaz, lichid, solid).

Toți alcanii (reacția de descompunere a reprezentanților acestei serii este mai jos) sunt mai ușoare decât apa și nu se dizolvă în ea. Cu toate acestea, ei înșiși sunt solvenți excelenți pentru alți compuși.

Printre principalele proprietăți chimice ale unor astfel de substanțe (combustie, substituție, halogenare, dehidrogenare) - și capacitatea de scindare. Cu toate acestea, acest proces poate avea loc complet sau parțial.

Proprietatea de mai sus poate fi luată în considerare pe exemplul reacției de descompunere a metanului (primul membru al seriei alcanilor). Această termoliză are loc la 1000 °C: CH4 → C+2H2.

Cu toate acestea, dacă reacția de descompunere a metanului se efectuează la o temperatură mai mare (1500 ° C) și apoi este redusă brusc, acest gaz nu se va scinda complet, formând etilenă și hidrogen: 2CH 4 → C 2 H 4 + 3H 2.

Descompunerea etanului

Al doilea membru al seriei de alcani luate în considerare este C2H4 (etan). Reacția sa de descompunere are loc și sub influența temperaturii ridicate (50 ° C) și în absența completă a oxigenului sau a altor agenți oxidanți. Arată astfel: C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2.

Ecuația de reacție de mai sus pentru descompunerea etanului în hidrogen și etilenă nu poate fi considerată piroliză în forma sa pură. Faptul este că acest proces are loc cu prezența unui catalizator (de exemplu, nichel metal Ni sau vapori de apă), iar acest lucru contrazice definiția pirolizei. Prin urmare, este corect să vorbim despre exemplul de scindare prezentat mai sus ca un proces de descompunere care are loc în timpul pirolizei.

De remarcat faptul că reacția considerată este utilizată pe scară largă în industrie pentru a obține cel mai produs compus organic din lume – gazul etilenă. Cu toate acestea, datorită explozivității C 2 H 6, această cea mai simplă alchenă este mai des sintetizată din alte substanțe.

Având în vedere definițiile, ecuația, tipurile și diversele exemple ale reacției de descompunere, putem concluziona că aceasta joacă un rol foarte important nu numai pentru corpul uman și natura, ci și pentru industrie. De asemenea, cu ajutorul său în laboratoare, este posibil să sintetizeze multe substanțe utile, ceea ce ajută oamenii de știință să efectueze