Химические реакции – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.
Классификация реакций:
По числу и составу реагирующих веществ и продуктов реакции:
Реакции, идущие без изменения состава вещества:
C (графит) → C (алмаз); P (белый) → P (красный).
В органической химии это реакции изомеризации – реакции, в результате которых из молекул одного вещества образуются молекулы других веществ того же качественного и количественного состава, т.е. с той же молекулярной формулой, но другим строением.
СН 2 -СН 2 -СН 3 → СН 3 -СН-СН 3
н-бутан 2-метилпропан (изобутан)
Реакции, идущие с изменением состава вещества:
В органической химии это реакции гидрирования, галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации, полимеризации.
СН 2 = СН 2 + НОН → СН 3 – СН 2 ОН
б) Реакции разложения (в органической химии отщепления, элиминирования) – реакции, в ходе которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ:
СН 3 – СН 2 ОН → СН 2 = СН 2 + Н 2 О
2KNO 3 →2KNO 2 + O 2
В органической химии примеры реакций отщепления - дегидрирование , дегидратация, дегидрогалогенирование, крекинг.
в) Реакции замещения – реакции, в ходе которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе (в органической химии – реагентами и продуктами реакции часто являются два сложных вещества).
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl +HCl ; 2Na+ 2H 2 O→ 2NaOH + H 2
Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением степеней окисления атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию оксида кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие оксиды:
СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2
Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5
г) Реакции обмена – реакции, в ходе которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями:
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O,
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O
По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества
Реакции, идущие с изменением степеней окисления , или ОВР:
∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (процесс окисления, элемент – восстановитель),
8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
В органической химии:
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов:
HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O
По тепловому эффекту
Экзотермические реакции протекают с выделением энергии:
СH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q
Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии:
C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q
По агрегатному состоянию реагирующих веществ
Гетерогенные реакции – реакции, в ходе которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях:
CaC 2 (тв) + 2H 2 O(ж) → Ca(OH) 2 (р-р) + C 2 H 2 (г)
Гомогенные реакции – реакции, в ходе которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии:
2C 2 H 2 (г) + 5O 2 (г) → 4CO 2 (г) + 2H 2 O(г)
По участию катализатора
Некаталитические реакции, идущие без участия катализатора:
Каталитические реакции, идущие с участием катализаторов:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
По направлению
Необратимые реакции протекают в данных условиях только в одном направлении:
Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3
По механизму протекания
Радикальный механизм.
Происходит гомолитический (равноценный) разрыв связи. При гемолитическом разрыве пара электронов, образующая связь, делится таким образом , что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. При этом образуются радикалы – незаряженные частицы с неспаренными электрономи. Радикалы – очень реакционноспособные частицы, реакции с их участием происходят в газовой фазе с большой скоростью и часто со взрывом.
Радикальные реакции идут между образующимися в ходе реакции радикалами и молекулами:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl +HCl
Примеры: реакции горения органических и неорганических веществ, синтез воды, аммиака, реакции галогенирования и нитрования алканов, изомеризация и ароматизация алканов, каталитическое окисление алканов , полимеризация алкенов, винилхлорида и др.
Ионный механизм.
Происходит гетеролитический (неравноценный) разрыв связи, при этом оба электрона связи остаются с одной из ранее связанных частиц. Образуются заряженные частиц (катионы и анионы).
Ионные реакции идут в растворах между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами.
Например, в неорганической химии – это взаимодействие электролитов в растворе, в органической химии – это реакции присоединения к алкенам, окисление и дегидрирование спиртов, замещение спиртовой группы и другие реакции, характеризующие свойства альдегидов и карбоновых кислот.
По виду энергии, инициирующей реакцию:
Фотохимические реакции происходят при воздействии квантов света. Например, синтез хлороводорода , взаимодействие метана с хлором, получение озона в природе, процессы фотосинтеза и др.
Радиационные реакции инициируются излучениями больших энергий (рентгеновскими лучами, γ-лучами).
Электрохимические реакции инициирует электрический ток, например, при электролизе.
Термохимические реакции инициируются тепловой энергией. К ним относятся все эндотермические реакции и множество экзотермических, для инициации которых необходима теплота.
Химические реакции – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.
Классификация реакций:
I. По числу и составу реагирующих веществ и продуктов реакции:
1) Реакции, идущие без изменения состава вещества:
В неорганической химии это реакции превращения одних аллотропных модификаций в другие:
C (графит) → C (алмаз); P (белый) → P (красный).
В органической химии это реакции изомеризации – реакции, в результате которых из молекул одного вещества образуются молекулы других веществ того же качественного и количественного состава, т.е. с той же молекулярной формулой, но другим строением.
СН 2 -СН 2 -СН 3 → СН 3 -СН-СН 3
н-бутан 2-метилпропан (изобутан)
2) Реакции, идущие с изменением состава вещества:
а) Реакции соединения (в органической химии присоединения) – реакции, в ходе которых из двух и более веществ образуется одно более сложное: S + O 2 → SO 2
В органической химии это реакции гидрирования, галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации, полимеризации.
СН 2 = СН 2 + НОН → СН 3 – СН 2 ОН
б) Реакции разложения (в органической химии отщепления, элиминирования) – реакции, в ходе которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ:
СН 3 – СН 2 ОН → СН 2 = СН 2 + Н 2 О
2KNO 3 →2KNO 2 + O 2
В органической химии примеры реакций отщепления - дегидрирование, дегидратация, дегидрогалогенирование, крекинг.
в) Реакции замещения – реакции, в ходе которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе (в органической химии – реагентами и продуктами реакции часто являются два сложных вещества).
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl +HCl ; 2Na+ 2H 2 O→ 2NaOH + H 2
Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением степеней окисления атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию оксида кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие оксиды:
СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2
Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5
г) Реакции обмена – реакции, в ходе которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями:
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O,
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O
II. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества
1) Реакции, идущие с изменением степеней окисления, или ОВР:
∙2| N +5 + 3e – → N +2 (процесс восстановления, элемент – окислитель),
∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (процесс окисления, элемент – восстановитель),
8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
В органической химии:
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
2) Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов:
Li 2 O + H 2 O → 2LiOH,
HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O
III. По тепловому эффекту
1) Экзотермические реакции протекают с выделением энергии:
С + О 2 → СО 2 + Q,
СH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q
2) Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии:
СaCO 3 → CaO + CO 2 - Q
C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q
IV. По агрегатному состоянию реагирующих веществ
1) Гетерогенные реакции – реакции, в ходе которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях:
Fe(тв) + CuSO 4 (р-р) → Cu(тв) + FeSO 4 (р-р),
CaC 2 (тв) + 2H 2 O(ж) → Ca(OH) 2 (р-р) + C 2 H 2 (г)
2) Гомогенные реакции – реакции, в ходе которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии:
H 2 (г) + Cl 2 (г) → 2HCl(г),
2C 2 H 2 (г) + 5O 2 (г) → 4CO 2 (г) + 2H 2 O(г)
V. По участию катализатора
1) Некаталитические реакции, идущие без участия катализатора:
2Н 2 + О 2 → 2Н 2 О, С 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О
2) Каталитические реакции, идущие с участием катализаторов:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
VI. По направлению
1) Необратимые реакции протекают в данных условиях только в одном направлении:
С 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О
2) Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3
VII. По механизму протекания
1) Радикальный механизм.
А: В → А· + ·В
Происходит гомолитический (равноценный) разрыв связи. При гемолитическом разрыве пара электронов, образующая связь, делится таким образом, что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. При этом образуются радикалы – незаряженные частицы с неспаренными электрономи. Радикалы – очень реакционноспособные частицы, реакции с их участием происходят в газовой фазе с большой скоростью и часто со взрывом.
Радикальные реакции идут между образующимися в ходе реакции радикалами и молекулами:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl +HCl
Примеры: реакции горения органических и неорганических веществ, синтез воды, аммиака, реакции галогенирования и нитрования алканов, изомеризация и ароматизация алканов, каталитическое окисление алканов, полимеризация алкенов, винилхлорида и др.
2) Ионный механизм.
А: В → :А - + В +
Происходит гетеролитический (неравноценный) разрыв связи, при этом оба электрона связи остаются с одной из ранее связанных частиц. Образуются заряженные частиц (катионы и анионы).
Ионные реакции идут в растворах между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами.
Например, в неорганической химии – это взаимодействие электролитов в растворе, в органической химии – это реакции присоединения к алкенам, окисление и дегидрирование спиртов, замещение спиртовой группы и другие реакции, характеризующие свойства альдегидов и карбоновых кислот.
VIII. По виду энергии, инициирующей реакцию:
1) Фотохимические реакции происходят при воздействии квантов света. Например, синтез хлороводорода, взаимодействие метана с хлором, получение озона в природе, процессы фотосинтеза и др.
2) Радиационные реакции инициируются излучениями больших энергий (рентгеновскими лучами, γ-лучами).
3) Электрохимические реакции инициирует электрический ток, например, при электролизе.
4) Термохимические реакции инициируются тепловой энергией. К ним относятся все эндотермические реакции и множество экзотермических, для инициации которых необходима теплота.
В неорганической химии химические реакции классифицируются по разным признакам.
1. По изменению степени окисления на окислительно-восстановительные, идущие с изменением степени окисления элементов и кислотно-основные, которые протекают без изменения степеней окисления.
2. По характеру процесса.
Реакции разложения называют химические реакции, в которых простые молекулы получаются из более сложных.
Реакции соединения называются химические реакции, в которых сложные соединения получаются из нескольких более простых.
Реакции замещения называются химические реакции, в которых атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов.
Реакции обмена называют химические реакции, протекающие без изменения степени окисления элементов и приводящие к обмену составных частей реагентов.
3. По возможности протекать в обратном направлении на обратимые и необратимые.
Некоторые реакции, как например реакция горения этанола практически необратима, т.е. нельзя создать условия, чтобы она протекала в обратном направлении.
Однако, существует много реакций, которые в зависимости от условий протекания процесса могут протекать как в прямом, так и в обратном направлениях. Реакции способные протекать как в прямом, так и в обратном направлении называются обратимые .
4. По типу разрыва связи – гомолитические (равный разрыв, каждый атом получает по одному электрону)и гетеролитические (неравный разрыв – одному достается пара электронов).
5. По тепловому эффекту экзотермические (выделение тепла) и эндотермические (поглощение тепла).
Реакции соединения, как правило, будут экзотермическими реакциями, а реакции разложения – эндотермическими. Редкое исключение – реакция азота с кислородом эндотермическая N 2 + O 2 = 2NO – Q.
6. По агрегатному состоянию фаз.
Гомогенные (реакция проходит в одной фазе, без границ раздела; реакции в газах или в растворах).
Гетерогенные (реакции, проходящие на границе раздела фаз).
7. По использованию катализатора.
Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию, но остающееся химически неизменным.
Каталитические без использования катализатора практически не идут и некаталитические.
Классификация органических реакций
|
Тип реакции |
Радикальные |
Нуклеофильные (N) |
Электрофильные (E) |
|
Замещение (S) |
Радикальнoе замещение (S R) |
Нуклеофильное замещение (S N) |
Электрофильное замещение (S E) |
|
Присоединение (А) |
Радикальнoе присоединение (А R) |
Нуклеофильное присоединение (А N) |
Электрофильное присоединение (А E) |
|
Отщепление (Е) (элиминирование) |
Радикальнoе отщепление (Е R) |
Нуклеофильное отщепление (Е N) |
Электрофильное отщепление (Е E) |
Электрофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с электрофилами – частицами, несущими целый или дробный положительный заряд. Они подразделяются на реакции электрофильного замещения и электрофильного присоединения. Например,
Н 2 С=СН 2 + Вr 2 BrCH 2 – CH 2 Br
Нуклеофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с нуклеофилами – частицами, несущими целый или дробный отрицательный заряд. Они подразделяются на реакции нуклеофильного замещения и нуклеофильного присоединения. Например,
CH 3 Br + NaOH CH 3 OH + NaBr
Радикальными (цепными) называют химические реакции с участием радикалов, например
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Классификация химических реакций
Химические реакции – химические процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие отличающиеся от них по составу и (или) строению. При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами. Признаки химических реакций: Выделяется газ Выпадет осадок 3) Происходит изменение окраски веществ Выделяется или поглощается тепло, свет
Химические реакции в неорганической химии
Химические реакции в неорганической химии
Химические реакции в неорганической химии 1. По изменению степеней окисления химических элементов: Окислительно-восстановительные реакции: Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов. Межмолекулярная - это реакция, идущая с изменением степени окисления атомов в разных молекулах. -2 +4 0 2H 2 S + H 2 SO 3 → 3S + 3H 2 O +2 -1 +2.5 -2 2Na 2 S 2 O 3 + H 2 O 2 → Na 2 S 4 O 6 + 2NaOH
Химические реакции в неорганической химии 1. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества: Окислительно-восстановительные реакции: 2. Внутримолекулярная - это реакция, идущая с изменением степени окисления разных атомов в одной молекуле. -3 +5 t 0 +3 (NH4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 +4H 2 O Диспропорционирования - это реакция, идущая с одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. +1 +5 -1 3NaClO → NaClO 3 + 2NaCl
2 .1. Реакции, идущие без изменения состава веществ В неорганической химии к таким реакциям можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента, например: С (графит) С (алмаз) 3О 2 (кислород) 2О 3 (озон) Sn (белое олово) Sn (серое олово) S (ромбическая) S (пластическая) P (красный) P (белый) Химические реакции в неорганической химии 2. По числу и составу реагирующих веществ:
Химические реакции в неорганической химии 2. По числу и составу реагирующих веществ: 2.2. Реакции, идущие с изменением состава вещества Реакции соединения – это реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество. В неорганической химии все многообразие реакции соединения можно рассмотреть на примере реакции получения серной кислоты из серы: а) получение оксида серы(IV): S + O 2 SO 2 - из двух простых веществ образуется одно сложное, б) получение оксида серы(VI) : 2 SO 2 + O 2 2SO 3 - из простого и сложного веществ образуется одно сложное, в) получение серной кислоты: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - из двух сложных веществ образуется одно сложное.
Химические реакции в неорганической химии 2. По числу и составу реагирующих веществ: 2. Реакции разложения – это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ. В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на блоке реакций получения кислорода лабораторными способами: а) разложение оксида ртути(II) : 2HgO t 2Hg + O 2 - из одного сложного вещества образуются два простых. б) разложение нитрата калия: 2KNO 3 t 2KNO 2 + O 2 - из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное. в) разложение перманганата калия: 2 KMnO 4 → t K 2 MnO 4 + MnO 2 +O 2 - из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое.
Химические реакции в неорганической химии 2. По числу и составу реагирующих веществ: 3. Реакции замещения – это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе. В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства металлов: а) взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой: 2 Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 б) взаимодействие металлов с кислотами в растворе: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 в) взаимодействие металлов с солями в растворе: Fe + Cu SO 4 = FeSO 4 + Cu г) металлотермия: 2Al + Cr 2 O 3 t Al 2 O 3 + 2Cr
4. Реакции обмена – это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, то есть только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н 2 О). В неорганической это может быть блок реакций, характеризующих свойства щелочей: а) реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды: NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O или в ионном виде: ОН - + Н + = Н 2 О б) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа: 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 + 2 H 2 O в) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка: Си SO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 Химические реакции в неорганической химии 2. По числу и составу реагирующих веществ:
Химические реакции в неорганической химии 3. По тепловому эффекту: 3.1. Экзотермические реакции: Экзотермические реакции – это реакции, протекающие с выделением энергии во внешнюю среду. К ним относятся почти все реакции соединения. Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения, например: 4Р + 5О 2 = 2Р 2 О 5 + Q 3.2. Эндотермические реакции: Эндотермические реакции – это реакции, протекающие с поглощением энергии во внешнюю среду. К ним относятся почти все реакции разложения, например: Обжиг известняка: СаСО 3 t CaO + CO 2 - Q
Химические реакции в неорганической химии 4. Обратимость процесса: 4.1. Необратимые реакции: Необратимые реакции протекают в данных условиях только в одном направлении. К таким реакциям можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды) и все реакции горения: S + O 2 SO 2 ; 4 P + 5O 2 2P 2 O 5 ; Си SO 4 + 2KOH Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 4.2. Обратимые реакции: Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях. Таких реакций подавляющее большинство. Например: 2 SO 2 + O 2 2SO 3 N 2 +3H 2 2NH 3
Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и изменяющие ее скорость или направление, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно. 5.1. Некаталитические реакции: Некаталитические реакции – это реакции, идущие без участия катализатора: 2HgO t 2Hg + O 2 2Al + 6HCl t 2AlCl 3 + 3H 2 5.2.Каталитические реакции: Каталитические реакции – это реакции, идущие с участием катализатора: t,MnO 2 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 P,t CO + NaOH H-CO-ONa Химические реакции в неорганической химии 5 . Участие катализатора
Химические реакции в неорганической химии 6 . Наличие поверхности раздела фаз 6.1. Гетерогенные реакции: Гетерогенные реакции – это реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах): FeO(т) + СО(г) Fe(т) + СО 2 (г) + Q 2 Al(т) + 3С u С l 2 (р-р) = 3С u(т) + 2AlCl 3 (р-р) CaC 2 (т) + 2H 2 O (ж) = C 2 H 2 + Ca(OH) 2 (р-р) 6.2. Гомогенные реакции: Гомогенные реакции – это реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе): 2С 2 Н 6 (г) + 7О 2 (г) 4СО 2 (г) + 6Н 2 О(г) 2 SO 2 (г) + O 2 (г) = 2SO 3 (г) +Q H 2 (г) + F 2 (г) = 2HF(г)
Химические свойства веществ выявляются в разнообразных химических реакциях.
Превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения, называются химическими реакциями . Часто встречается и такое определение: химической реакцией называется процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).
Химические реакции записываются посредством химических уравнений и схем, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. В химических уравнениях, в отличие от схем, число атомов каждого элемента одинаково в левой и правой частях, что отражает закон сохранения массы.
В левой части уравнения пишутся формулы исходных веществ (реагентов), в правой части — веществ, получаемых в результате протекания химической реакции (продуктов реакции, конечных веществ). Знак равенства, связывающий левую и правую часть, указывает, что общее количество атомов веществ, участвующих в реакции, остается постоянным. Это достигается расстановкой перед формулами целочисленных стехиометрических коэффициентов, показывающих количественные соотношения между реагентами и продуктами реакции.
Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции. Если химическая реакция протекает под влиянием внешних воздействий (температура, давление, излучение и т.д.), это указывается соответствующим символом, как правило, над (или «под») знаком равенства.
Огромное число химических реакций может быть сгруппировано в несколько типов реакций, которым присущи вполне определенные признаки.
В качестве классификационных признаков могут быть выбраны следующие:
1. Число и состав исходных веществ и продуктов реакции.
2. Агрегатное состояние реагентов и продуктов реакции.
3. Число фаз, в которых находятся участники реакции.
4. Природа переносимых частиц.
5. Возможность протекания реакции в прямом и обратном направлении.
6. Знак теплового эффекта разделяет все реакции на: экзотермические реакции, протекающие с экзо -эффектом — выделение энергии в форме теплоты (Q>0, ∆H <0):
С +О 2 = СО 2 + Q
и эндотермические реакции, протекающие с эндо -эффектом — поглощением энергии в форме теплоты (Q<0, ∆H >0):
N 2 +О 2 = 2NО — Q.
Такие реакции относят к термохимическим .
Рассмотрим более подробно каждый из типов реакций.
Классификация по числу и составу реагентов и конечных веществ
1. Реакции соединения
При реакциях соединения из нескольких реагирующих веществ относительно простого состава получается одно вещество более сложного состава:
Как правило, эти реакции сопровождаются выделением тепла, т.е. приводят к образованию более устойчивых и менее богатых энергией соединений.
Реакции соединения простых веществ всегда носят окислительно-восстановительный характер. Реакции соединения, протекающие между сложными веществами, могут происходить как без изменения валентности:
СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 ,
так и относиться к числу окислительно-восстановительных:
2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3 .
2. Реакции разложения
Реакции разложения приводят к образованию нескольких соединений из одного сложного вещества:
А = В + С + D.
Продуктами разложения сложного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества.
Из реакций разложения, протекающих без изменения валентных состояний, следует отметить разложение кристаллогидратов, оснований, кислот и солей кислородсодержащих кислот:
| 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.
Особенно характерны окислительно-восстановительные реакции разложения для солей азотной кислоты.
Реакции разложения в органической химии носят название крекинга :
С 18 H 38 = С 9 H 18 + С 9 H 20 ,
или дегидрирования
C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 .
3. Реакции замещения
При реакциях замещения обычно простое вещество взаимодействует со сложным, образуя другое простое вещество и другое сложное:
А + ВС = АВ + С.
Эти реакции в подавляющем большинстве принадлежат к окислительно-восстановительным:
2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 О 3 ,
Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2 ,
2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2 ,
2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 .
Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением валентных состояний атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию двуокиси кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие ангидриды:
СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2 ,
Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5 ,
Иногда эти реакции рассматривают как реакции обмена :
СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl.
4. Реакции обмена
Реакциями обмена называют реакции между двумя соединениями, которые обмениваются между собой своими составными частями:
АВ + СD = АD + СВ.
Если при реакциях замещения протекают окислительно-восстановительные процессы, то реакции обмена всегда происходят без изменения валентного состояния атомов. Это наиболее распространенная группа реакций между сложными веществами — оксидами, основаниями, кислотами и солями:
ZnO + Н 2 SО 4 = ZnSО 4 + Н 2 О,
AgNО 3 + КВr = АgВr + КNО 3 ,
СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 + ЗNаСl.
Частный случай этих реакций обмена — реакции нейтрализации :
НСl + КОН = КСl + Н 2 О.
Обычно эти реакции подчиняются законам химического равновесия и протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного, летучего вещества, осадка или малодиссоциирующего (для растворов) соединения:
NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 О + СО 2 ,
Са(НСО 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 ↓ + 2Н 2 О,
СН 3 СООNа + Н 3 РО 4 = СН 3 СООН + NаН 2 РО 4 .
5. Реакции переноса.
При реакциях переноса атом или группа атомов переходит от одной структурной единицы к другой:
АВ + ВС = А + В 2 С,
А 2 В + 2СВ 2 = АСВ 2 +АСВ 3 .
Например:
2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4 ,
H 2 O + 2NO 2 = HNO 2 + HNO 3 .
Классификация реакций по фазовым признакам
В зависимости от агрегатного состояния реагирующих веществ различают следующие реакции:
1. Газовые реакции
| H 2 + Cl 2 | 2HCl. |
2. Реакции в растворах
NaОН(р-р) + НСl(p-p) = NaСl(p-p) + Н 2 О(ж)
3. Реакции между твердыми веществами
| t o | ||
| СаО(тв) +SiO 2 (тв) | = | СаSiO 3 (тв) |
Классификация реакций по числу фаз.
Под фазой понимают совокупность однородных частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенных друг от друга поверхностью раздела.
Все многообразие реакций с этой точки зрения можно разделить на два класса:
1.Гомогенные (однофазные) реакции. К ним относят реакции, протекающие в газовой фазе, и целый ряд реакций, протекающих в растворах.
2.Гетерогенные (многофазные) реакции. К ним относят реакции, в которых реагенты и продукты реакции находятся в разных фазах. Например:
газожидкофазные реакции
CO 2 (г) + NaOH(p-p) = NaHCO 3 (p-p).
газотвердофазные реакции
СO 2 (г) + СаО(тв) = СаСO 3 (тв).
жидкотвердофазные реакции
Na 2 SO 4 (р-р) + ВаСl 3 (р-р) = ВаSО 4 (тв)↓ + 2NaСl(p-p).
жидкогазотвердофазные реакции
Са(НСО 3) 2 (р-р) + Н 2 SО 4 (р-р) = СО 2 (r) +Н 2 О(ж) + СаSО 4 (тв)↓.
Классификация реакций по типу переносимых частиц
1. Протолитические реакции.
К протолитическим реакциям относят химические процессы, суть которых заключается в переносе протона от одних реагирующих веществ к другим.
В основе этой классификации лежит протолитическая теория кислот и оснований, в соответствии с которой кислотой считают любое вещество, отдающее протон, а основанием — вещество, способное присоединять протон, например:
К протолитическим реакциям относят реакции нейтрализации и гидролиза.
2. Окислительно-восстановительные реакции.
К таковым относят реакции, в которых реагирующие вещества обмениваются электронами, изменяя при этом степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Например:
Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,
FeS 2 + 8HNO 3 (конц) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,
Подавляющее большинство химических реакций относятся к окислительно-восстановительным, они играют исключительно важную роль.
3. Лиганднообменные реакции.
К таковым относят реакции, в ходе которых происходит перенос электронной пары с образованием ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. Например:
Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2 ,
Fe + 5CO = ,
Al(OH) 3 + NaOH = .
Характерной особенностью лиганднообменных реакций является то, что образование новых соединений, называемых комплексными, происходит без изменения степени окисления.
4. Реакции атомно-молекулярного обмена.
К данному типу реакций относятся многие из изучаемых в органической химии реакций замещения, протекающие по радикальному, электрофильному или нуклеофильному механизму.
Обратимые и необратимые химические реакции
Обратимыми называют такие химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ.
Для обратимых реакций уравнение принято записывать следующим образом:
Две противоположно направленные стрелки указывают на то, что при одних и тех же условиях одновременно протекает как прямая, так и обратная реакция, например:
СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О.
Необратимыми называют такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ. Примерами необратимых реакций может служить разложение бертолетовой соли при нагревании:
2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2 ,
или окисление глюкозы кислородом воздуха:
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О.