Vrste kemičnih reakcij. kemične reakcije

Razvrstitev kemijskih reakcij v anorganski in organski kemiji poteka na podlagi različnih klasifikacijskih značilnosti, katerih podrobnosti so podane v spodnji tabeli.

S spreminjanjem oksidacijskega stanja elementov

Prvi znak razvrstitve je sprememba stopnje oksidacije elementov, ki tvorijo reaktante in produkte.
a) redoks
b) brez spreminjanja oksidacijskega stanja
redoks tako imenovane reakcije, ki jih spremlja sprememba oksidacijskih stanj kemičnih elementov, ki sestavljajo reagente. Redoks v anorganski kemiji vključuje vse substitucijske reakcije ter tiste razkrojne in sestavljene reakcije, v katerih je vključena vsaj ena preprosta snov. Reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov, ki tvorijo reaktante in reakcijske produkte, vključujejo vse reakcije izmenjave.

Glede na število in sestavo reagentov in produktov

Kemične reakcije so razvrščene glede na naravo procesa, torej glede na število in sestavo reaktantov in produktov.

Reakcije povezave imenujemo kemične reakcije, zaradi katerih se kompleksne molekule pridobijo iz več enostavnejših, na primer:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

Reakcije razgradnje imenujemo kemične reakcije, zaradi katerih se preproste molekule pridobijo iz bolj zapletenih, na primer:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

Reakcije razgradnje lahko obravnavamo kot procese, inverzne spojini.

substitucijske reakcije imenujemo kemične reakcije, zaradi katerih se atom ali skupina atomov v molekuli snovi nadomesti z drugim atomom ali skupino atomov, na primer:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 

Njihova značilnost je interakcija preproste snovi s kompleksno. Takšne reakcije obstajajo v organski kemiji.
Vendar je koncept "substitucije" v organskih snoveh širši kot v anorganski kemiji. Če kateri koli atom ali funkcionalno skupino v molekuli prvotne snovi nadomestimo z drugim atomom ali skupino, so to tudi substitucijske reakcije, čeprav je z vidika anorganske kemije proces videti kot reakcija izmenjave.
- izmenjava (vključno z nevtralizacijo).
Reakcije izmenjave imenujemo kemične reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov in vodijo do izmenjave sestavnih delov reagentov, na primer:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

Če je mogoče, tecite v nasprotni smeri.

Če je mogoče, nadaljujte v nasprotni smeri - reverzibilno in nepovratno.

reverzibilno imenujemo kemične reakcije, ki potekajo pri določeni temperaturi hkrati v dveh nasprotnih smereh s sorazmerno hitrostjo. Pri zapisovanju enačb takšnih reakcij se predznak enakosti nadomesti z nasprotno usmerjenimi puščicami. Najenostavnejši primer reverzibilne reakcije je sinteza amoniaka z interakcijo dušika in vodika:

N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

nepovratno imenujemo reakcije, ki potekajo samo v smeri naprej, zaradi česar nastanejo produkti, ki med seboj ne sodelujejo. Nepovratne vključujejo kemične reakcije, ki povzročijo tvorbo rahlo disociiranih spojin, sprosti se velika količina energije, pa tudi tiste, pri katerih končni produkti zapustijo reakcijsko kroglo v plinasti obliki ali v obliki oborine, na primer:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

S toplotnim učinkom

eksotermno so kemične reakcije, ki sproščajo toploto. Simbol za spremembo entalpije (vsebnosti toplote) je ΔH, toplotni učinek reakcije pa Q. Za eksotermne reakcije je Q > 0 in ΔH< 0.

endotermni imenujemo kemične reakcije, ki potekajo z absorpcijo toplote. Za endotermne reakcije Q< 0, а ΔH > 0.

Reakcije spajanja bodo na splošno eksotermne reakcije, reakcije razgradnje pa endotermne. Redka izjema je reakcija dušika s kisikom - endotermna:
N2 + O2 → 2NO - Q

Po fazah

homogena imenujemo reakcije, ki potekajo v homogenem mediju (homogene snovi, v eni fazi, na primer g-g, reakcije v raztopinah).

heterogena imenujemo reakcije, ki potekajo v nehomogenem mediju, na kontaktni površini reakcijskih snovi, ki so v različnih fazah, na primer trdna in plinasta, tekoča in plinasta, v dveh tekočinah, ki se ne mešata.

Z uporabo katalizatorja

Katalizator je snov, ki pospeši kemično reakcijo.

katalitične reakcije poteka le v prisotnosti katalizatorja (vključno z encimskimi).

Nekatalitične reakcije teči v odsotnosti katalizatorja.

Po vrsti rupture

Glede na vrsto kemične prekinitve vezi v začetni molekuli ločimo homolitične in heterolitične reakcije.

homolitično imenujemo reakcije, pri katerih zaradi prekinitve vezi nastanejo delci, ki imajo neparni elektron - prosti radikali.

Heterolitično imenujemo reakcije, ki potekajo s tvorbo ionskih delcev - kationov in anionov.

• homolitično (enaka vrzel, vsak atom prejme 1 elektron)
• heterolitično (neenaka vrzel - eden dobi par elektronov)

radikalno(verižne) kemične reakcije, ki vključujejo radikale, se imenujejo na primer:

CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl

ionski imenujemo kemične reakcije, ki potekajo s sodelovanjem ionov, na primer:

KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓

Elektrofilna se nanaša na heterolitične reakcije organskih spojin z elektrofili - delci, ki nosijo celoten ali delni pozitivni naboj. Razdeljeni so na reakcije elektrofilne substitucije in elektrofilne adicije, na primer:

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

Nukleofilna se nanaša na heterolitične reakcije organskih spojin z nukleofili - delci, ki nosijo celo število ali delni negativni naboj. Razdeljeni so na nukleofilne substitucijske in nukleofilne adicijske reakcije, na primer:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

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

Razvrstitev organskih reakcij

Razvrstitev organskih reakcij je podana v tabeli:

Koncept "sestavljena reakcija" je antonim pojma "reakcija razkroja". Poskusite s tehniko opozicije opredeliti pojem "sestavljena reakcija". Prav! Imate naslednje besedilo.

Razmislimo o tovrstnih reakcijah s pomočjo druge, za vas nove, oblike beleženja kemičnih procesov - tako imenovanih verig prehodov ali transformacij. Na primer, shema

prikazuje pretvorbo fosforja v fosforjev oksid (V) P 2 O 5 , ta pa se nato pretvori v fosforno kislino H 3 PO 4 .

Število puščic v shemi transformacije snovi ustreza najmanjšemu številu kemičnih transformacij - kemičnih reakcij. V tem primeru sta to dva kemična procesa.

1. proces. Pridobivanje fosforjevega oksida (V) Р 2 O 5 iz fosforja. Očitno je to reakcija kombinacije fosforja s kisikom.

V žlico za pekoče snovi dajmo nekaj rdečega fosforja in jo prižgemo. Fosfor gori s svetlim plamenom, pri čemer nastane bel dim, sestavljen iz majhnih delcev fosforjevega (V) oksida:

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

2. proces. V bučko damo žlico gorečega fosforja. Napolnjena je z gostim dimom iz fosforjevega oksida (V). Iz bučke vzamemo žlico, v bučko nalijemo vodo in vsebino stresemo, potem ko vrat bučke zapremo z zamaškom. Dim se postopoma redči, raztopi v vodi in na koncu popolnoma izgine. Če raztopini, dobljeni v bučki, dodamo malo lakmusa, bo postala rdeča, kar je dokaz tvorbe fosforne kisline:

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

Reakcije, ki se izvajajo za izvedbo obravnavanih prehodov, potekajo brez sodelovanja katalizatorja, zato jih imenujemo nekatalitične. Zgoraj obravnavane reakcije potekajo samo v eni smeri, torej so nepovratne.

Analizirajmo, koliko in katerih snovi je vstopilo v zgornje reakcije ter koliko in kakšnih snovi je v njih nastalo. V prvi reakciji je iz dveh preprostih snovi nastala ena kompleksna snov, v drugi pa iz dveh kompleksnih snovi, od katerih je vsaka sestavljena iz dveh elementov, je nastala ena kompleksna snov, ki je že sestavljena iz treh elementov.

Ena kompleksna snov lahko nastane tudi kot posledica reakcije kombinacije kompleksnih in enostavnih snovi. Na primer, pri proizvodnji žveplove kisline iz žveplovega oksida (IV) dobimo žveplov oksid (VI):

Ta reakcija poteka tako v smeri naprej, to je s tvorbo reakcijskega produkta, kot v obratni smeri, to je, da se reakcijski produkt razgradi na izhodne snovi, zato namesto predznaka enakosti postavijo predznak reverzibilnosti.

Ta reakcija vključuje katalizator - vanadijev (V) oksid V 2 O 5, ki je označen nad znakom reverzibilnosti:

Kompleksno snov lahko dobimo tudi v reakciji kombinacije treh snovi. Na primer, dušikovo kislino dobimo z reakcijo, katere shema je:

NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3.

Razmislite, kako izbrati koeficiente za izenačitev sheme te kemične reakcije.

Števila dušikovih atomov ni treba izenačiti: tako v levem kot v desnem delu sheme po en atom dušika. Izenačimo število vodikovih atomov - pred formulo kisline zapišemo koeficient 2:

NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.

vendar bo v tem primeru kršena enakost števila dušikovih atomov - en atom dušika ostane na levi strani, na desni pa sta dva. Pred formulo za dušikov oksid (IV) zapišemo koeficient 2:

2NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.

Preštejmo število atomov kisika: na levi strani reakcijske sheme jih je sedem, na desni pa šest. Če želite izenačiti število atomov kisika (šest atomov v vsakem delu enačbe), ne pozabite, da lahko pred formulami preprostih snovi napišete ulomni koeficient 1/2:

2NO 2 + H 2 O + 1/2O 2 → 2HNO 3 .

Naj bodo koeficienti cela števila. Da bi to naredili, prepišemo enačbo tako, da podvojimo koeficiente:

4NO 2 + 2N 2 O + O 2 → 4HNO 3.

Treba je opozoriti, da so skoraj vse spojine reakcije eksotermne.

Laboratorijski poskus št. 15
Kalcinacija bakra v plamenu alkoholne svetilke

Razmislite o bakreni žici (ploščici), ki vam je bila dana, in opišite njen videz. Prižgite žico in jo držite s kleščami za lonček v zgornjem delu plamena žgane svetilke 1 minuto. Opišite pogoje za reakcijo. Opišite znak, ki potrjuje, da je prišlo do kemične reakcije. Napišite enačbo za reakcijo. Poimenujte izhodne snovi in ​​produkte reakcije.

Pojasni, ali se je masa bakrene žice (plošče) po koncu poskusa spremenila. Svoj odgovor utemelji s poznavanjem zakona o ohranitvi mase snovi.

Ključne besede in besedne zveze

1. Kombinirane reakcije so antonimi za reakcije razgradnje.
2. Katalitične (vključno encimske) in nekatalitične reakcije.
3. Verige prehodov ali transformacij.
4. Reverzibilne in ireverzibilne reakcije.

Delo z računalnikom

1. Glejte elektronsko prijavo. Preučite snov lekcije in dokončajte predlagane naloge.
2. Po internetu poiščite e-poštne naslove, ki lahko služijo kot dodatni viri, ki razkrivajo vsebino ključnih besed in besednih zvez v odstavku. Ponudite učitelju svojo pomoč pri pripravi nove lekcije – naredite poročilo o ključnih besedah ​​in besednih zvezah naslednjega odstavka.

Vprašanja in naloge

Reakcije razkroja igrajo pomembno vlogo v življenju planeta. Navsezadnje prispevajo k uničenju odpadnih produktov vseh bioloških organizmov. Poleg tega ta proces pomaga človeškemu telesu, da vsakodnevno absorbira različne kompleksne spojine, tako da jih razgradi na preproste (katabolizem). Poleg vsega naštetega ta reakcija prispeva k tvorbi preprostih organskih in anorganskih snovi iz kompleksnih. Naučimo se več o tem procesu in si oglejmo tudi praktične primere kemične reakcije razgradnje.

Kaj v kemiji imenujemo reakcije, katere vrste so in od česa so odvisne

Preden preučite informacije o razgradnji, se je vredno naučiti na splošno. To ime se nanaša na sposobnost molekul nekaterih snovi, da medsebojno delujejo z drugimi in na ta način tvorijo nove spojine.

Na primer, če kisik in dva medsebojno delujeta, bosta rezultat dve molekuli vodikovega oksida, ki ga vsi poznamo kot vodo. Ta postopek lahko zapišemo z naslednjo kemijsko enačbo: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

Čeprav obstajajo različni kriteriji, po katerih ločimo kemične reakcije (toplotni učinek, katalizatorji, prisotnost/odsotnost faznih meja, spremembe v oksidacijskih stanjih reagentov, reverzibilnost/ireverzibilnost), jih najpogosteje razvrščamo glede na vrsto transformacije medsebojnega delovanja. snovi.

Tako ločimo štiri vrste kemičnih procesov.

• Sestavljena.
• Razgradnja.
• Izmenjava.
• Zamenjava.

Vse zgornje reakcije so grafično zapisane z enačbami. Njihova splošna shema izgleda takole: A → B.

Na levi strani te formule so začetni reagenti, na desni pa snovi, ki nastanejo kot posledica reakcije. Za zagon je praviloma potrebna izpostavljenost temperaturi, elektriki ali uporabi katalitičnih dodatkov. Njihova prisotnost mora biti navedena tudi v kemijski enačbi.

razkroj (cepitev)

Za to vrsto kemičnega procesa je značilna tvorba dveh ali več novih spojin iz molekul ene snovi.

Preprosteje povedano, reakcijo razgradnje lahko primerjamo s hišo oblikovalca. Ko se otrok odloči zgraditi avto in čoln, razstavi začetno strukturo in iz njenih delov sestavi želeno. Hkrati se struktura elementov samega konstruktorja ne spremeni, tako kot se to zgodi z atomi snovi, ki sodelujejo pri cepljenju.

Kako izgleda enačba obravnavane reakcije?

Kljub temu, da se na stotine povezav lahko loči na enostavnejše komponente, se vsi takšni procesi odvijajo po istem principu. Lahko ga upodobite s shematsko formulo: ABV → A + B + C.

V njej je ABV začetna spojina, ki se je razcepila. A, B in C so snovi, ki nastanejo iz atomov ABV med reakcijo razgradnje.

Vrste cepitvenih reakcij

Kot že omenjeno, je za začetek kemičnega procesa pogosto potreben določen učinek na reagente. Glede na vrsto takšne stimulacije obstaja več vrst razgradnje:

Razpad kalijevega permanganata (KMnO4)

Ko smo se ukvarjali s teorijo, je vredno razmisliti o praktičnih primerih procesa cepljenja snovi.

Prvi od teh bo razpad KMnO 4 (običajno imenovanega kalijevega permanganata) zaradi segrevanja. Reakcijska enačba je videti takole: 2KMnO 4 (t 200 ° C) → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

Iz predstavljene kemične formule je razvidno, da je za aktiviranje procesa potrebno začetni reagent segreti na 200 stopinj Celzija. Za boljšo reakcijo kalijev permanganat damo v vakuumsko posodo. Iz tega lahko sklepamo, da je ta proces piroliza.

V laboratorijih in v proizvodnji se izvaja za pridobivanje čistega in kontroliranega kisika.

Termoliza kalijevega klorata (KClO3)

Reakcija razgradnje Bertholletove soli je še en primer čiste klasične termolize.

Omenjeni postopek poteka skozi dve fazi in izgleda takole:

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

Tudi termoliza kalijevega klorata se lahko izvaja pri nižjih temperaturah (do 200 ° C) v eni fazi, vendar je za to potrebno, da v reakciji sodelujejo katalizatorske snovi - oksidi različnih kovin (bakr, ferum, mangan, itd.).

Enačba te vrste bo videti takole: 2KClO 3 (t 150 ° C, MnO 2) → KCl + 2O 2.

Tako kot kalijev permanganat se tudi Bertoletova sol uporablja v laboratorijih in industriji za proizvodnjo čistega kisika.

Elektroliza in radioliza vode (H20)

Drug zanimiv praktični primer obravnavane reakcije je razgradnja vode. Proizvaja se lahko na dva načina:

• Pod vplivom električnega toka na vodikov oksid: H 2 O → H 2 + O 2. Obravnavan način pridobivanja kisika uporabljajo podmorničarji na svojih podmornicah. Tudi v prihodnosti je načrtovana uporaba tega za proizvodnjo vodika v velikih količinah. Glavna ovira za to so danes ogromni stroški energije, potrebni za spodbujanje reakcije. Ko se najde način za njihovo zmanjšanje, bo elektroliza vode postala glavni način za proizvodnjo ne le vodika, ampak tudi kisika.
• Voda se lahko razcepi tudi, ko je izpostavljena alfa sevanju: H 2 O → H 2 O + +e -. Posledično molekula vodikovega oksida izgubi en elektron in postane ionizirana. V tej obliki H2O + ponovno reagira z drugimi nevtralnimi molekulami vode in tvori zelo reaktiven hidroksidni radikal: H2O + H2O + → H2O + OH. Izgubljeni elektron pa vzporedno reagira tudi z nevtralnimi molekulami vodikovega oksida, kar prispeva k njihovi razgradnji na radikale H in OH: H 2 O + e - → H + OH.

Razgradnja alkanov: metan

Glede na različne načine ločevanja kompleksnih snovi je vredno posebno pozornost nameniti reakciji razgradnje alkanov.

To ime skriva nasičene ogljikovodike s splošno formulo C X H 2X + 2. V molekulah obravnavanih snovi so vsi ogljikovi atomi povezani z enojnimi vezmi.

Predstavnike te serije najdemo v naravi v vseh treh agregacijskih stanjih (plin, tekočina, trdna snov).

Vsi alkani (reakcija razgradnje predstavnikov te serije je spodaj) so lažji od vode in se v njej ne raztopijo. Vendar so sami po sebi odlična topila za druge spojine.

Med glavnimi kemičnimi lastnostmi takšnih snovi (izgorevanje, substitucija, halogenacija, dehidrogenacija) - in sposobnost cepitve. Vendar pa se ta proces lahko zgodi v celoti ali delno.

Zgornjo lastnost lahko upoštevamo na primeru reakcije razgradnje metana (prvega člana niza alkanov). Ta termoliza poteka pri 1000 °C: CH 4 → C+2H 2 .

Če pa reakcijo razgradnje metana izvedemo pri višji temperaturi (1500 ° C), nato pa se močno zmanjša, se ta plin ne bo popolnoma razdelil in nastal etilen in vodik: 2CH 4 → C 2 H 4 + 3H 2.

Razgradnja etana

Drugi član obravnavanega niza alkanov je C 2 H 4 (etan). Reakcija njegove razgradnje poteka tudi pod vplivom visoke temperature (50 ° C) in v popolni odsotnosti kisika ali drugih oksidantov. Izgleda takole: C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2.

Zgornje reakcijske enačbe za razgradnjo etana na vodik in etilen ni mogoče šteti za pirolizo v njeni čisti obliki. Dejstvo je, da ta proces poteka s prisotnostjo katalizatorja (na primer nikelj kovinski Ni ali vodna para), kar je v nasprotju z definicijo pirolize. Zato je pravilno govoriti o zgornjem primeru cepljenja kot o procesu razgradnje, ki se pojavi med pirolizo.

Treba je opozoriti, da se obravnavana reakcija pogosto uporablja v industriji za pridobitev najbolj proizvedene organske spojine na svetu - plina etilena. Zaradi eksplozivnosti C 2 H 6 pa se ta najpreprostejši alken pogosteje sintetizira iz drugih snovi.

Ob upoštevanju definicij, enačb, vrst in različnih primerov reakcije razgradnje lahko sklepamo, da igra zelo pomembno vlogo ne le za človeško telo in naravo, temveč tudi za industrijo. Tudi z njegovo pomočjo v laboratorijih je mogoče sintetizirati številne uporabne snovi, kar pomaga znanstvenikom pri izvajanju pomembnih