Cheminės reakcijos (cheminiai reiškiniai)- tai procesai, kurių metu iš kai kurių medžiagų susidaro kitos, kurios sudėtimi ar struktūra skiriasi nuo pradinių. Vykstant cheminėms reakcijoms, konkretaus elemento atomų skaičius ar izotopų tarpusavio konversija nepasikeičia.

Cheminių reakcijų klasifikacija gali būti įvairialypė: reagentų ir reakcijos produktų skaičius ir sudėtis, terminis poveikis, grįžtamumas ir kt.

I. Reakcijų klasifikavimas pagal reaguojančių medžiagų skaičių ir sudėtį

A. Reakcijos, atsirandančios nepakeičiant kokybinės medžiagos sudėties . Tai daugybė paprastų medžiagų alotropinių virsmų (pavyzdžiui, deguonis ↔ ozonas (3O 2 ↔2O 3), baltas alavas ↔ pilkasis alavas); perėjimas, kai kai kurių kietųjų medžiagų temperatūra keičiasi iš vienos kristalinės būsenos į kitą - polimorfinės transformacijos(pavyzdžiui, raudoni gyvsidabrio (II) jodido kristalai kaitinant virsta geltona tos pačios sudėties medžiaga; atvėsus vyksta atvirkštinis procesas); izomerizacijos reakcijos (pvz., NH 4 OCN ↔ (NH 2) 2 CO) ir kt.

B. Reakcijos, atsirandančios pasikeitus reaguojančių medžiagų sudėčiai.

Sudėtinės reakcijos– Tai reakcijos, kurių metu iš dviejų ar daugiau pradinių medžiagų susidaro viena nauja kompleksinė medžiaga. Pradinės medžiagos gali būti paprastos arba sudėtingos, pavyzdžiui:

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5; 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3; CaO+ H 2 O =Ca(OH) 2.

Skilimo reakcijos yra reakcijos, kurių metu iš vienos pradinės sudėtinės medžiagos susidaro dvi ar daugiau naujų medžiagų. Tokio tipo reakcijose susidarančios medžiagos gali būti paprastos arba sudėtingos, pavyzdžiui:

2HI = H2 + I2; CaCO3 =CaO+CO2; (CuOH) 2 CO 3 = CuO + H 2 O + CO 2.

Pakeitimo reakcijos- tai procesai, kurių metu paprastos medžiagos atomai pakeičia kai kurių elementų atomus sudėtingoje medžiagoje. Kadangi pakeitimo reakcijose būtinai dalyvauja paprasta medžiaga kaip viena iš reagentų, beveik visos šio tipo transformacijos yra redoksinės, pavyzdžiui:

Zn + H2SO4 = H2 + ZnSO4; 2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3; H 2 S + Br 2 = 2 HBr + S.

Keitimosi reakcijos yra reakcijos, kurių metu dvi sudėtingos medžiagos keičiasi savo sudedamosiomis dalimis. Keitimosi reakcijos gali vykti tiesiogiai tarp dviejų reagentų, nedalyvaujant tirpikliui, pavyzdžiui: H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O 2 (kietas) + 4HF (g) = SiF 4 + 2H 2; O.

Elektrolitų tirpaluose vykstančios mainų reakcijos vadinamos jonų mainų reakcijos. Tokios reakcijos galimos tik tuo atveju, jei viena iš susidarančių medžiagų yra silpnas elektrolitas ir išsiskiria iš reakcijos sferos dujų arba mažai tirpios medžiagos pavidalu (Berthollet taisyklė):

AgNO 3 +HCl=AgCl↓ +HNO 3, arba Ag + +Cl - =AgCl↓;

NH4Cl+ KOH =KCl+NH3 +H2O arba NH4 + +OH - =H2O+NH3;

NaOH+HCl=NaCl+H2O arba H + +OH - =H2O.

II. Reakcijų klasifikavimas pagal terminį poveikį

A. Reakcijos, atsirandančios išskiriant šiluminę energiją –egzoterminės reakcijos (+ Q).

B. Reakcijos, atsirandančios sugeriant šilumą –endoterminės reakcijos (– Q).

Terminis efektas reakcija reiškia šilumos kiekį, kuris išsiskiria arba sugeria cheminės reakcijos metu. Reakcijos lygtis, nurodanti jos šiluminį efektą, vadinama termocheminis. Patogu pateikti reakcijos šiluminio efekto reikšmę 1 moliui vieno iš reakcijos dalyvių, todėl termocheminėse lygtyse dažnai galite rasti trupmeninius koeficientus:

1/2N2 (g) + 3/2H2 (g) = NH3 (g) + 46,2 kJ / mol.

Visos degimo reakcijos ir didžioji dauguma oksidacijos bei junginių reakcijų yra egzoterminės. Skilimo reakcijoms paprastai reikia energijos.

Cheminių reakcijų klasifikacija

653 vidurinės mokyklos 11 klasės mokinio Aleksejaus Nikolajevo santrauka apie chemiją

Galima pasirinkti šias klasifikavimo charakteristikas:

1. Pradinių medžiagų ir reakcijos produktų skaičius ir sudėtis.

2. Reagentų ir reakcijos produktų fizinė būklė.

3. Fazių, kuriose yra reakcijos dalyviai, skaičius.

4. Perduodamų dalelių pobūdis.

5. Galimybė reaguoti į priekį ir atgal.

6. Terminis efektas.

7. Katalizės fenomenas.

Klasifikavimas pagal pradinių medžiagų ir reakcijos produktų skaičių ir sudėtį.

Sudėtinės reakcijos.

Kai junginys reaguoja iš kelių gana paprastos sudėties reaguojančių medžiagų, gaunama viena sudėtingesnės sudėties medžiaga:

A+B+C=D

Paprastai šias reakcijas lydi šilumos išsiskyrimas, t.y. sukelti stabilesnių ir mažiau energijos turinčių junginių susidarymą.

Neorganinė chemija.

Paprastų medžiagų junginių reakcijos visada yra redoksinės prigimties. Sudėtinės reakcijos, vykstančios tarp sudėtingų medžiagų, gali vykti nekeičiant valentingumo:

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

ir taip pat gali būti klasifikuojami kaip redoksas:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

Organinė chemija.

Organinėje chemijoje tokios reakcijos dažnai vadinamos prisijungimo reakcijomis. Paprastai jie apima junginius, turinčius dvigubą arba trigubą jungtį. Pridėjimo reakcijų rūšys: hidrinimas, hidratacija, hidrohalogeninimas, polimerizacija. Šių reakcijų pavyzdžiai:

T o

H 2 C = CH 2 + H 2 → CH 3 – CH 3

etileno etanas

T o

HC=CH + HCl → H2 C=CHCl

acetileno vinilo chloridas

T o

n CH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n

Etileno polietilenas

Skilimo reakcijos.

Dėl skilimo reakcijų iš vienos sudėtingos medžiagos susidaro keli junginiai:

A = B + C + D.

Sudėtingos medžiagos skilimo produktai gali būti tiek paprastos, tiek sudėtingos medžiagos.

Neorganinė chemija.

Iš skilimo reakcijų, kurios vyksta nekeičiant valentingumo būsenų, pažymėtinas kristalinių hidratų, bazių, rūgščių ir deguonies turinčių rūgščių druskų skilimas:

	t o
CuSO 4 5H 2 O		CuSO 4 + 5H 2 O

	t o
4HNO3		2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O.

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Organinė chemija.

Organinėje chemijoje skilimo reakcijos apima: dehidrataciją, dehidrogenavimą, krekingą, dehidrohalogeninimą, taip pat depolimerizacijos reakcijas, kai iš polimero susidaro pirminis monomeras. Atitinkamos reakcijos lygtys yra šios:

T o

C 2 H 5 OH → C 2 H 4 + H 2 O

T o

C6H14 → C6H6 + 4H2

heksanas benzenas

C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8

Oktaninis butano butenas

C 2 H5Br → C 2 H 4 + HBr

brometano etileno

(-CH 2 – CH = C - CH 2 -)n → n CH 2 = CH – C = CH 2

\СНз \СНз

natūralus kaučiukas 2-metilbutadienas-1,3

Pakeitimo reakcijos.

Pakeitimo reakcijose paprastai paprasta medžiaga reaguoja su sudėtinga, sudarydama kitą paprastą medžiagą ir kitą sudėtingą:

A + BC = AB + C.

Neorganinė chemija.

Šios reakcijos dažniausiai priklauso redokso reakcijoms:

2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br 2

2 KS lO 3 + l 2 = 2KlO 3 + C l 2.

Pakeitimo reakcijų, kurios nėra lydimos atomų valentinės būsenos pasikeitimo, pavyzdžių yra labai nedaug. Reikėtų pažymėti silicio dioksido reakciją su deguonies turinčių rūgščių druskomis, kurios atitinka dujinius arba lakiuosius anhidridus:

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

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

Organinė chemija.

Organinėje chemijoje pakeitimo reakcijos suprantamos plačiau, tai yra, galima pakeisti ne vieną atomą, o atomų grupę arba pakeisti ne atomą, o atomų grupę. Pakeitimo reakcijos tipas apima sočiųjų angliavandenilių, aromatinių junginių ir alkoholių nitrinimą ir halogeninimą:

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

benzenas brombenzenas

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

Etanolis chloretanas

Keitimosi reakcijos.

Keitimosi reakcijosyra reakcijos tarp dviejų junginių, kurie keičiasi savo sudedamosiomis dalimis tarpusavyje:

AB + CD = AD + CB.

Neorganinė chemija

Jei pakeitimo reakcijų metu vyksta redokso procesai, tai mainų reakcijos visada vyksta nekeičiant atomų valentinės būsenos. Tai yra labiausiai paplitusi sudėtingų medžiagų - oksidų, bazių, rūgščių ir druskų - reakcijų grupė:

ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 + ZNaCl.

Ypatingas šių mainų reakcijų atvejis yra neutralizacijos reakcija:

HCl + KOH = KCl + H 2 O.

Paprastai šios reakcijos paklūsta cheminės pusiausvyros dėsniams ir vyksta ta kryptimi, kur bent viena medžiaga pašalinama iš reakcijos sferos dujinės, lakios medžiagos, nuosėdų arba mažai disociuojančio (tirpalams) junginio pavidalu:

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

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O

Organinė chemija

HCOOH + NaOH → HCOONa + H 2 O

skruzdžių rūgšties natrio formiatas

hidrolizės reakcijos:

Na 2 CO3 + H 2 O
NaHCO3 + NaOH

natrio karbonatas natrio bikarbonatas

CO 3 + H 2 O
HCO 3 + OH

esterinimo reakcijos:

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

acto etanolis acto rūgšties etilo esteris

Reagentų ir reakcijos produktų fizinė būklė.

Dujų reakcijos

	t o
H2+Cl2		2HCl.

Reakcijos tirpaluose

NaOH (pp) + HCl (p-p) = NaСl (p-p) + H 2 O (l)

Reakcijos tarp kietųjų medžiagų

	t o
CaO (TV) + SiO 2 (TV)		CaSiO 3 (sol)

Fazių, kuriose yra reakcijos dalyviai, skaičius.

Fazė suprantama kaip vienarūšių sistemos dalių, turinčių tas pačias fizines ir chemines savybes ir atskirtų viena nuo kitos sąsaja, rinkinys.

Homogeninės (vienfazės) reakcijos.

Tai apima reakcijas, vykstančias dujų fazėje, ir daugybę reakcijų, vykstančių tirpaluose.

Heterogeninės (daugiafazės) reakcijos.

Tai apima reakcijas, kuriose reagentai ir reakcijos produktai yra skirtingose ​​fazėse. Pavyzdžiui:

dujų ir skysčių fazės reakcijos

CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHCO 3 (p-p).

dujų ir kietosios fazės reakcijos

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

skystos-kietos fazės reakcijos

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

skystis-dujos-kietos fazės reakcijos

Ca(HCO 3) 2 (pp) + H 2 SO 4 (pp) = CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (tv)↓.

Perduodamų dalelių pobūdis.

Protolitinės reakcijos.

Protolitinės reakcijos apima cheminius procesus, kurių esmė – protono perkėlimas iš vienos reaguojančios medžiagos į kitą.

Ši klasifikacija grindžiama protolizine rūgščių ir bazių teorija, pagal kurią rūgštis yra bet kokia medžiaga, kuri dovanoja protoną, o bazė yra medžiaga, galinti priimti protoną, pavyzdžiui:

Protolitinės reakcijos apima neutralizavimo ir hidrolizės reakcijas.

Redokso reakcijos.

Visos cheminės reakcijos skirstomos į tas, kurių oksidacijos būsenos nesikeičia (pavyzdžiui, mainų reakcija) ir į tas, kuriose oksidacijos būsenos keičiasi. Jos vadinamos redokso reakcijomis. Tai gali būti skilimo reakcijos, junginiai, pakaitalai ir kitos sudėtingesnės reakcijos. Pavyzdžiui:

Zn + 2 H + → Zn 2 + + H 2

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

Didžioji dauguma cheminių reakcijų yra redokso reakcijos, jos atlieka nepaprastai svarbų vaidmenį.

Ligandų mainų reakcijos.

Tai apima reakcijas, kurių metu vyksta elektronų poros perdavimas susidarant kovalentiniam ryšiui per donoro-akceptoriaus mechanizmą. Pavyzdžiui:

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

Fe + 5CO =

Al(OH) 3 + NaOH =

Būdingas ligandų mainų reakcijų bruožas yra tas, kad naujų junginių, vadinamų kompleksais, susidarymas vyksta nekeičiant oksidacijos būsenos.

Galimybė reaguoti į priekį ir atgal.

Negrįžtamos reakcijos.

Negrįžtama Tai cheminiai procesai, kurių produktai negali reaguoti vienas su kitu ir sudaryti pradines medžiagas. Negrįžtamų reakcijų pavyzdžiai yra Berthollet druskos skilimas kaitinant:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2,

arba gliukozės oksidacija atmosferos deguonimi:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Grįžtamos reakcijos.

Grįžtamasis Tai cheminiai procesai, kurių produktai gali reaguoti vienas su kitu tomis pačiomis sąlygomis, kokiomis buvo gauti, sudarydami pradines medžiagas.

Grįžtamosioms reakcijoms lygtis paprastai rašoma taip:

A + B
AB.

Dvi priešingos krypties rodyklės rodo, kad tomis pačiomis sąlygomis tiek pirmyn, tiek atvirkštinė reakcija vyksta vienu metu, pavyzdžiui:

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

2SO 2 +O 2
2SO 3 + Q

Vadinasi, šios reakcijos nesibaigia, nes vienu metu vyksta dvi reakcijos – tiesioginė (tarp pradinių medžiagų) ir atvirkštinė (reakcijos produkto skilimas).

Klasifikavimas pagal šiluminį poveikį.

Šilumos kiekis, kuris išsiskiria arba sugeria dėl reakcijos, vadinamas šios reakcijos terminiu efektu. Pagal šiluminį efektą reakcijos skirstomos:

Egzoterminis.

Nuotėkis su šilumos išsiskyrimu

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

H 2 + Cl 2 → 2HC l + Q

Endoterminis.

Atsiranda su šilumos absorbcija

N 2 + O 2 → 2NO-Q

2H 2 O → 2H 2 + O 2 - Q

Klasifikacija atsižvelgiant į katalizės reiškinį.

Katalizinis.

Tai apima visus procesus, kuriuose naudojami katalizatoriai.

Katė.

2SO2 + O2
2SO 3

Nekatalizinis.

Tai apima bet kokias momentines reakcijas tirpaluose

BaCl 2 + H 2 SO 4 = 2HCl + BaSO 4 ↓

Bibliografija

Interneto šaltiniai:

http://chem.km.ru – „Chemijos pasaulis“

http://chemi. org. ru – „Vadovas pretendentams. chemija"

http://hemi. wallst. ru – „Alternatyvus chemijos vadovėlis 8-11 klasei“

„Chemijos vadovas. Stojantiesiems į universitetus“ – E.T. Oganesjanas, M. 1991 m

Didysis enciklopedinis žodynas. Chemija“ – M. 1998 m

Cheminės reakcijos turi būti atskirtos nuo branduolinių reakcijų. Dėl cheminių reakcijų bendras kiekvieno cheminio elemento atomų skaičius ir jo izotopinė sudėtis nekinta. Branduolinės reakcijos yra kita medžiaga - atomų branduolių virsmo procesai dėl jų sąveikos su kitais branduoliais ar elementariomis dalelėmis, pavyzdžiui, aliuminio pavertimas magniu:

27 13 Al + 1 1 H = 24 12 Mg + 4 2 He

Cheminių reakcijų klasifikacija yra daugialypė, tai yra, ji gali būti pagrįsta įvairiomis charakteristikomis. Tačiau bet kuri iš šių savybių gali apimti reakcijas tarp neorganinių ir organinių medžiagų.

Panagrinėkime cheminių reakcijų klasifikaciją pagal įvairius kriterijus.

I. Pagal reaguojančių medžiagų skaičių ir sudėtį

Reakcijos, atsirandančios nekeičiant medžiagų sudėties.

Neorganinėje chemijoje tokios reakcijos apima vieno cheminio elemento alotropinių modifikacijų gavimo procesus, pavyzdžiui:

C (grafitas) ↔ C (deimantas)
S (orombinis) ↔ S (monoklininis)
P (balta) ↔ P (raudona)
Sn (balta skarda) ↔ Sn (pilka skarda)
3O 2 (deguonis) ↔ 2O 3 (ozonas)

Organinėje chemijoje tokio tipo reakcijos gali apimti izomerizacijos reakcijas, kurios vyksta nekeičiant ne tik kokybinės, bet ir kiekybinės medžiagų molekulių sudėties, pavyzdžiui:

1. Alkanų izomerizacija.

Alkanų izomerizacijos reakcija turi didelę praktinę reikšmę, nes izostruktūros angliavandeniliai turi mažesnę detonaciją.

2. Alkenų izomerizacija.

3. Alkinų izomerizacija (A. E. Favorskio reakcija).

CH 3 - CH 2 - C= - CH ↔ CH 3 - C= - C- CH 3

etilacetileno dimetilacetilenas

4. Halogenalkanų izomerizacija (A. E. Favorsky, 1907).

5. Amonio cianito izomerizacija kaitinant.

Karbamidą pirmą kartą susintetino F. Wöhleris 1828 m., kai kaitinant jį izomerizavo amonio cianatą.

Reakcijos, atsirandančios pasikeitus medžiagos sudėčiai

Galima išskirti keturis tokių reakcijų tipus: kombinaciją, skilimą, pakeitimą ir mainus.

1. Sudėtinės reakcijos – tai reakcijos, kurių metu iš dviejų ar daugiau medžiagų susidaro viena sudėtinė medžiaga

Neorganinėje chemijoje gali būti nagrinėjamos įvairios junginių reakcijos, pavyzdžiui, naudojant sieros rūgšties gamybos iš sieros reakcijų pavyzdį:

1. Sieros oksido (IV) gavimas:

S + O 2 = SO - iš dviejų paprastų medžiagų susidaro viena kompleksinė medžiaga.

2. Sieros oksido (VI) gavimas:

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - viena kompleksinė medžiaga susidaro iš paprastų ir sudėtingų medžiagų.

3. Sieros rūgšties paruošimas:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 – iš dviejų kompleksinių medžiagų susidaro viena kompleksinė medžiaga.

Sudėtinės reakcijos, kai viena sudėtinga medžiaga susidaro iš daugiau nei dviejų pradinių medžiagų, pavyzdys yra paskutinis azoto rūgšties gamybos etapas:

4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

Organinėje chemijoje junginių reakcijos paprastai vadinamos „pridėjimo reakcijomis“. Visą tokių reakcijų įvairovę galima apsvarstyti naudojant reakcijų bloką, apibūdinantį nesočiųjų medžiagų, pavyzdžiui, etileno, savybes:

1. Hidrinimo reakcija – vandenilio pridėjimas:

CH2 =CH2 + H2 → H3-CH3

etenas → etanas

2. Hidratacijos reakcija – vandens įpylimas.

3. Polimerizacijos reakcija.

2. Skilimo reakcijos – tai reakcijos, kurių metu iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro kelios naujos medžiagos.

Neorganinėje chemijoje deguonies gamybos laboratoriniais metodais reakcijų bloke gali būti nagrinėjama visa tokių reakcijų įvairovė:

1. Gyvsidabrio(II) oksido skilimas - iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro du paprastieji.

2. Kalio nitrato skilimas - iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro vienas paprastas ir vienas kompleksas.

3. Kalio permanganato skilimas - iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro dvi sudėtingos ir viena paprasta medžiaga, tai yra trys naujos medžiagos.

Organinėje chemijoje skilimo reakcijas galima laikyti etileno gamybos laboratorijoje ir pramonėje reakcijų bloke:

1. Etanolio dehidratacijos (vandens pašalinimo) reakcija:

C 2 H 5 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O

2. Etano dehidrogenavimo reakcija (vandenilio pašalinimas):

CH3 -CH3 → CH2 =CH2 + H2

arba CH3-CH3 → 2C + ZN2

3. Propano krekingo (skilimo) reakcija:

CH3-CH2-CH3 → CH2 =CH2 + CH4

3. Pakeitimo reakcijos – tai reakcijos, kurių metu paprastos medžiagos atomai pakeičia kokio nors elemento atomus sudėtingoje medžiagoje.

Neorganinėje chemijoje tokių procesų pavyzdys yra reakcijų blokas, apibūdinantis savybes, pavyzdžiui, metalų:

1. Šarminių arba šarminių žemės metalų sąveika su vandeniu:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

2. Metalų sąveika su rūgštimis tirpale:

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2

3. Metalų sąveika su druskomis tirpale:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. Metalotermija:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Сr

Organinės chemijos tyrimo objektas yra ne paprastos medžiagos, o tik junginiai. Todėl kaip pakeitimo reakcijos pavyzdį pateikiame būdingiausią sočiųjų junginių, ypač metano, savybę - jo vandenilio atomų gebėjimą pakeisti halogeno atomais. Kitas pavyzdys – aromatinio junginio (benzeno, tolueno, anilino) brominimas.

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

benzenas → brombenzenas

Atkreipkime dėmesį į pakeitimo reakcijos organinėse medžiagose ypatumą: dėl tokių reakcijų susidaro ne paprasta ir sudėtinga medžiaga, kaip neorganinėje chemijoje, o dvi sudėtingos medžiagos.

Organinėje chemijoje pakeitimo reakcijos taip pat apima kai kurias reakcijas tarp dviejų sudėtingų medžiagų, pavyzdžiui, benzeno nitrinimą. Formaliai tai yra mainų reakcija. Tai, kad tai yra pakeitimo reakcija, paaiškėja tik įvertinus jos mechanizmą.

4. Keitimosi reakcijos – tai reakcijos, kurių metu dvi sudėtingos medžiagos keičiasi savo komponentais

Šios reakcijos apibūdina elektrolitų savybes ir tirpaluose vyksta pagal Berthollet taisyklę, ty tik tada, kai susidaro nuosėdos, dujos ar šiek tiek disociuojanti medžiaga (pavyzdžiui, H 2 O).

Neorganinėje chemijoje tai gali būti reakcijų blokas, apibūdinantis, pavyzdžiui, šarmų savybes:

1. Neutralizacijos reakcija, kuri vyksta susidarant druskai ir vandeniui.

2. Reakcija tarp šarmo ir druskos, kuri vyksta susidarant dujoms.

3. Reakcija tarp šarmo ir druskos, dėl kurios susidaro nuosėdos:

CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4

arba jonine forma:

Cu 2+ + 2OH - = Cu(OH) 2

Organinėje chemijoje galime apsvarstyti reakcijų bloką, apibūdinantį, pavyzdžiui, acto rūgšties savybes:

1. Reakcija, kuri vyksta susidarant silpnam elektrolitui – H 2 O:

CH 3 COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H 2 O

2. Reakcija, kuri vyksta susidarant dujoms:

2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O

3. Reakcija, kuri vyksta susidarant nuosėdoms:

2CH 3 COOH + K 2 SO 3 → 2K (CH 3 COO) + H 2 SO 3

2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3

II. Keičiant cheminių elementų, sudarančių medžiagas, oksidacijos būsenas

Remiantis šia savybe, išskiriamos šios reakcijos:

1. Reakcijos, atsirandančios pasikeitus elementų oksidacijos būsenoms, arba redokso reakcijos.

Tai apima daugybę reakcijų, įskaitant visas pakeitimo reakcijas, taip pat tas derinimo ir skilimo reakcijas, kuriose dalyvauja bent viena paprasta medžiaga, pavyzdžiui:

1. Mg 0 + H + 2 SO 4 = Mg + 2 SO 4 + H 2

2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2

Sudėtingos redokso reakcijos sudaromos naudojant elektronų balanso metodą.

2KMn +7 O4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O

Organinėje chemijoje ryškus redokso reakcijų pavyzdys yra aldehidų savybės.

1. Jie redukuojami iki atitinkamų alkoholių:

Aldekidai oksiduojami į atitinkamas rūgštis:

2. Reakcijos, kurios vyksta nekeičiant cheminių elementų oksidacijos būsenų.

Tai apima, pavyzdžiui, visas jonų mainų reakcijas, taip pat daug junginių reakcijų, daug skilimo reakcijų, esterinimo reakcijų:

HCOOH + CHgOH = HCOOCH 3 + H 2 O

III. Dėl šiluminio poveikio

Pagal šiluminį efektą reakcijos skirstomos į egzotermines ir endotermines.

1. Egzoterminės reakcijos vyksta išsiskiriant energijai.

Tai apima beveik visas sudėtines reakcijas. Reta išimtis yra azoto oksido (II) sintezės iš azoto ir deguonies endoterminė reakcija ir vandenilio dujų reakcija su kietu jodu.

Egzoterminės reakcijos, atsirandančios išskiriant šviesą, yra klasifikuojamos kaip degimo reakcijos. Etileno hidrinimas yra egzoterminės reakcijos pavyzdys. Jis veikia kambario temperatūroje.

2. Endoterminės reakcijos vyksta absorbuojant energiją.

Akivaizdu, kad tai apims beveik visas skilimo reakcijas, pavyzdžiui:

1. Kalkakmenio deginimas

2. Butano krekingas

Energijos kiekis, išsiskiriantis arba sugertas dėl reakcijos, vadinamas reakcijos terminiu efektu, o cheminės reakcijos lygtis, nurodanti šį poveikį, vadinama termochemine lygtimi:

H 2 (g) + C 12 (g) = 2HC 1 (g) + 92,3 kJ

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

IV. Pagal reaguojančių medžiagų agregacijos būseną (fazinę sudėtį)

Pagal reaguojančių medžiagų agregacijos būseną jos išskiriamos:

1. Heterogeninės reakcijos – reakcijos, kurių metu reaguojančios medžiagos ir reakcijos produktai yra skirtingose ​​agregacijos būsenose (skirtingose ​​fazėse).

2. Homogeninės reakcijos – reakcijos, kurių metu reaguojančios medžiagos ir reakcijos produktai yra toje pačioje agregacijos būsenoje (vienoje fazėje).

V. Pagal katalizatoriaus dalyvavimą

Remiantis katalizatoriaus dalyvavimu, jie išskiriami:

1. Nekatalizinės reakcijos, vykstančios nedalyvaujant katalizatoriui.

2. Katalizinės reakcijos, vykstančios dalyvaujant katalizatoriui. Kadangi visos biocheminės reakcijos, vykstančios gyvų organizmų ląstelėse, vyksta dalyvaujant specialiems baltyminio pobūdžio biologiniams katalizatoriams – fermentams, jos visos yra katalizinės arba, tiksliau, fermentinės. Pažymėtina, kad daugiau nei 70% chemijos pramonės įmonių naudoja katalizatorius.

VI. Link

Pagal kryptį jie išskiriami:

1. Negrįžtamos reakcijos tam tikromis sąlygomis vyksta tik viena kryptimi. Tai apima visas mainų reakcijas, kurias lydi nuosėdų, dujų arba šiek tiek disociuojančios medžiagos (vandens) susidarymas, ir visas degimo reakcijas.

2. Grįžtamos reakcijos šiomis sąlygomis vyksta vienu metu dviem priešingomis kryptimis. Didžioji dauguma tokių reakcijų yra.

Organinėje chemijoje grįžtamumo ženklą atspindi procesų pavadinimai - antonimai:

Hidrinimas - dehidrinimas,

Hidratacija – dehidratacija,

Polimerizacija – depolimerizacija.

Visos esterinimo (priešingas procesas, kaip žinote, vadinamas hidrolize) ir baltymų, esterių, angliavandenių ir polinukleotidų hidrolizės reakcijos yra grįžtamos. Šių procesų grįžtamumas yra svarbiausia gyvo organizmo savybė – medžiagų apykaita.

VII. Pagal srauto mechanizmą jie išskiriami:

1. Tarp radikalų ir reakcijos metu susidariusių molekulių vyksta radikalinės reakcijos.

Kaip jau žinote, visose reakcijose nutrūksta seni cheminiai ryšiai ir susidaro nauji cheminiai ryšiai. Ryšio nutraukimo pradinės medžiagos molekulėse būdas lemia reakcijos mechanizmą (taką). Jei medžiaga susidaro kovalentiniu ryšiu, tai gali būti du būdai nutraukti šį ryšį: hemolizinis ir heterolitinis. Pavyzdžiui, molekulėms Cl 2, CH 4 ir kt., hemolizinis jungčių skilimas sukels dalelių su nesusijusiais elektronais, tai yra, laisvųjų radikalų susidarymą.

Radikalai dažniausiai susidaro, kai nutrūksta ryšiai, kuriuose bendrosios elektronų poros pasiskirsto maždaug po lygiai tarp atomų (nepolinis kovalentinis ryšys), tačiau daugelis polinių ryšių taip pat gali nutrūkti panašiu būdu, ypač kai reakcija vyksta dujinėje fazėje ir veikiant šviesai , kaip, pavyzdžiui, aukščiau aptartų procesų atveju – C 12 ir CH 4 sąveika. Radikalai yra labai reaktyvūs, nes jie linkę užbaigti savo elektronų sluoksnį, paimdami elektroną iš kito atomo ar molekulės. Pavyzdžiui, kai chloro radikalas susiduria su vandenilio molekule, suskaido bendra elektronų pora, jungianti vandenilio atomus, ir susidaro kovalentinis ryšys su vienu iš vandenilio atomų. Antrasis vandenilio atomas, tapęs radikalu, sudaro bendrą elektronų porą su nesuporuotu chloro atomo elektronu iš griūvančios Cl 2 molekulės, todėl susidaro chloro radikalas, kuris atakuoja naują vandenilio molekulę ir kt.

Reakcijos, kurios atspindi nuoseklių transformacijų grandinę, vadinamos grandininėmis reakcijomis. Už grandininių reakcijų teorijos sukūrimą Nobelio premija buvo apdovanoti du iškilūs chemikai – mūsų tautietis N. N. Semenovas ir anglas S. A. Hinshelwoodas.
Chloro ir metano pakeitimo reakcija vyksta panašiai:

Dauguma organinių ir neorganinių medžiagų degimo reakcijų, vandens, amoniako sintezė, etileno, vinilo chlorido polimerizacija ir kt., vyksta radikaliniu mechanizmu.

2. Joninės reakcijos vyksta tarp jonų, kurie jau yra arba susidarė reakcijos metu.

Tipiškos joninės reakcijos yra elektrolitų sąveika tirpale. Jonai susidaro ne tik tirpalų elektrolitų disociacijos metu, bet ir veikiant elektros iškrovoms, kaitinant ar spinduliuojant. Pavyzdžiui, γ spinduliai vandens ir metano molekules paverčia molekuliniais jonais.

Pagal kitą joninį mechanizmą vyksta vandenilio halogenidų, vandenilio, halogenų pridėjimo prie alkenų reakcijos, alkoholių oksidacijos ir dehidratacijos, alkoholio hidroksilo pakeitimo halogenu; reakcijos, apibūdinančios aldehidų ir rūgščių savybes. Šiuo atveju jonai susidaro heterolitiškai skaidant polinius kovalentinius ryšius.

VIII. Pagal energijos rūšį

Reakciją inicijuojantys išskiriami:

1. Fotocheminės reakcijos. Juos inicijuoja šviesos energija. Be aukščiau aptartų fotocheminių HCl sintezės procesų arba metano reakcijos su chloru, tai apima ozono, kaip antrinio atmosferos teršalo, gamybą troposferoje. Pagrindinis vaidmuo šiuo atveju yra azoto oksidas (IV), kuris, veikiamas šviesos, sudaro deguonies radikalus. Šie radikalai sąveikauja su deguonies molekulėmis, todėl susidaro ozonas.

Ozono susidarymas vyksta tol, kol yra pakankamai šviesos, nes NO gali sąveikauti su deguonies molekulėmis ir sudaryti tą patį NO 2. Ozono ir kitų antrinių oro teršalų kaupimasis gali sukelti fotocheminį smogą.

Tokio tipo reakcija apima ir svarbiausią augalų ląstelėse vykstantį procesą – fotosintezę, kurios pavadinimas kalba pats už save.

2. Radiacinės reakcijos. Juos inicijuoja didelės energijos spinduliuotė – rentgeno spinduliai, branduolinė spinduliuotė (γ spinduliai, a dalelės – He 2+ ir kt.). Radiacinių reakcijų pagalba atliekama labai greita radiopolimerizacija, radiolizė (radiacijos skaidymas) ir kt.

Pavyzdžiui, vietoj dviejų etapų fenolio iš benzeno gamybos, jį galima gauti reaguojant benzenui su vandeniu, veikiant radiacijai. Šiuo atveju iš vandens molekulių susidaro radikalai [OH] ir [H], su kuriais reaguojant benzenui susidaro fenolis:

C6H6 + 2[OH] → C6H5OH + H2O

Gumos vulkanizavimas gali būti atliekamas be sieros naudojant radiovulkanizaciją, o gauta guma bus ne blogesnė už tradicinę kaučiuką.

3. Elektrocheminės reakcijos. Juos inicijuoja elektros srovė. Be gerai žinomų elektrolizės reakcijų, mes taip pat nurodysime elektrosintezės reakcijas, pavyzdžiui, reakcijas pramoninei neorganinių oksidatorių gamybai.

4. Termocheminės reakcijos. Juos inicijuoja šiluminė energija. Tai apima visas endotermines reakcijas ir daugybę egzoterminių reakcijų, kurioms pradėti reikalingas pradinis šilumos tiekimas, tai yra proceso inicijavimas.

Aukščiau aptarta cheminių reakcijų klasifikacija atsispindi diagramoje.

Cheminių reakcijų klasifikacija, kaip ir visos kitos klasifikacijos, yra sąlyginė. Mokslininkai sutiko suskirstyti reakcijas į tam tikrus tipus pagal jų nustatytas savybes. Tačiau daugumą cheminių virsmų galima suskirstyti į skirtingus tipus. Pavyzdžiui, apibūdinkime amoniako sintezės procesą.

Tai sudėtinė redoksinė, egzoterminė, grįžtama, katalizinė, nevienalytė (tiksliau heterogeninė-katalizinė) reakcija, atsirandanti sumažėjus slėgiui sistemoje. Norint sėkmingai valdyti procesą, būtina atsižvelgti į visą pateiktą informaciją. Konkreti cheminė reakcija visada yra daugiakokybinė ir pasižymi skirtingomis savybėmis.

Cheminių reakcijų klasifikacija neorganinėje ir organinėje chemijoje

Cheminės reakcijos arba cheminiai reiškiniai yra procesai, kurių metu iš kai kurių medžiagų susidaro kitos, kurios skiriasi nuo jų sudėtimi ir (ar) struktūra.

Cheminių reakcijų metu būtinai įvyksta medžiagų pokytis, kurio metu nutrūksta seni ryšiai ir tarp atomų susidaro nauji ryšiai.

Cheminės reakcijos turi būti atskirtos nuo branduolinės reakcijos. Dėl cheminės reakcijos bendras kiekvieno cheminio elemento atomų skaičius ir jo izotopinė sudėtis nekinta. Branduolinės reakcijos yra kitokia medžiaga - atominių branduolių virsmo procesai dėl jų sąveikos su kitais branduoliais ar elementariomis dalelėmis, pavyzdžiui, aliuminio pavertimas magniu:

$↙(13)↖(27)(Al)+ ()↙(1)↖(1)(H)=()↙(12)↖(24)(Mg)+()↙(2)↖(4) )(Jis)$

Cheminių reakcijų klasifikacija yra daugialypė, t.y. jis gali būti pagrįstas įvairiomis savybėmis. Tačiau bet kuri iš šių savybių gali apimti reakcijas tarp neorganinių ir organinių medžiagų.

Panagrinėkime cheminių reakcijų klasifikaciją pagal įvairius kriterijus.

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal reagentų skaičių ir sudėtį. Reakcijos, atsirandančios nekeičiant medžiagos sudėties

Neorganinėje chemijoje tokios reakcijos apima vieno cheminio elemento alotropinių modifikacijų gavimo procesus, pavyzdžiui:

$С_((grafitas))⇄С_((deimantas))$

$S_((rombinis))⇄S_((monoklininis))$

$Р_((balta))⇄Р_((raudona))$

$Sn_((balta skarda))⇄Sn_((pilka skarda))$

$3О_(2(deguonis))⇄2О_(3(ozonas))$.

Organinėje chemijoje tokio tipo reakcijos gali apimti izomerizacijos reakcijas, kurios vyksta nekeičiant ne tik kokybinės, bet ir kiekybinės medžiagų molekulių sudėties, pavyzdžiui:

1. Alkanų izomerizacija.

Alkanų izomerizacijos reakcija turi didelę praktinę reikšmę, nes izostruktūros angliavandeniliai turi mažesnę detonavimo galimybę.

2. Alkenų izomerizacija.

3. Alkinų izomerizacija(A.E. Favorskio reakcija).

4. Halogenalkanų izomerizacija(A.E. Favorsky).

5. Amonio cianato izomerizacija kaitinant.

Karbamidą pirmą kartą susintetino F. Wöhleris 1882 m., kai kaitinant jį izomerizavo amonio cianatą.

Reakcijos, atsirandančios pasikeitus medžiagos sudėčiai

Galima išskirti keturis tokių reakcijų tipus: kombinaciją, skilimą, pakeitimą ir mainus.

1. Sudėtinės reakcijos- Tai reakcijos, kurių metu dvi ar daugiau medžiagų sudaro vieną sudėtingą medžiagą.

Neorganinėje chemijoje, naudojant sieros rūgšties gamybos iš sieros reakcijų pavyzdį, galima nagrinėti daugybę junginių reakcijų:

1) sieros oksido (IV) gavimas:

$S+O_2=SO_2$ - iš dviejų paprastų medžiagų susidaro viena kompleksinė medžiaga;

2) sieros oksido (VI) gavimas:

$2SO_2+O_2(⇄)↖(t,p,kat.)2SO_3$ - iš paprastų ir sudėtingų medžiagų susidaro viena kompleksinė medžiaga;

3) sieros rūgšties gavimas:

$SO_3+H_2O=H_2SO_4$ – dvi sudėtingos medžiagos sudaro vieną sudėtingą medžiagą.

Sudėtinės reakcijos, kai viena sudėtinga medžiaga susidaro iš daugiau nei dviejų pradinių medžiagų, pavyzdys yra paskutinis azoto rūgšties gamybos etapas:

$4NO_2+O_2+2H_2O=4HNO_3$.

Organinėje chemijoje jungimosi reakcijos paprastai vadinamos sudėjimo reakcijomis. Visą tokių reakcijų įvairovę galima apsvarstyti naudojant reakcijų bloką, apibūdinantį nesočiųjų medžiagų, pavyzdžiui, etileno, savybes:

1) hidrinimo reakcija – vandenilio pridėjimas:

$CH_2(=)↙(etanas)CH_2+H_2(→)↖(Ni,t°)CH_3(-)↙(etanas)CH_3;$

2) hidratacijos reakcija – vandens pridėjimas:

$CH_2(=)↙(etenas)CH_2+H_2O(→)↖(H_3PO_4,t°)(C_2H_5OH)↙(etanolis);$

3) polimerizacijos reakcija:

$(nCH_2=CH_2)↙(etilenas)(→)↖(p,kat.,t°)((-CH_2-CH_2-)_n)↙(polietilenas)$

2. Skilimo reakcijos– Tai reakcijos, kurių metu iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro kelios naujos medžiagos.

Neorganinėje chemijoje galima nagrinėti visą tokių reakcijų įvairovę, naudojant reakcijų bloką, skirtą deguoniui gaminti laboratoriniais metodais:

1) gyvsidabrio (II) oksido skilimas:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$ - iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro dvi paprastos;

2) kalio nitrato skilimas:

$2KNO_3(→)↖(t°)2KNO_2+O_2$ - iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro viena paprasta ir viena kompleksinė;

3) kalio permanganato skilimas:

$2KMnO_4(→)↖(t°)K_2MnO_4+MnO_2+O_2$ - iš vienos kompleksinės medžiagos susidaro dvi kompleksinės ir viena paprastoji, t.y. trys naujos medžiagos.

Organinėje chemijoje skilimo reakcijas galima nagrinėti naudojant etileno gamybos laboratorijoje ir pramonėje reakcijų bloko pavyzdį:

1) etanolio dehidratacijos reakcija (vandens pašalinimas):

$C_2H_5OH(→)↖(H_2SO_4,t°)CH_2=CH_2+H_2O;$

2) etano dehidrinimo reakcija (vandenilio pašalinimas):

$CH_3—CH_3(→)↖(Cr_2O_3500°C)CH_2=CH_2+H_2;$

3) propano krekingo reakcija:

$CH_3-CH_2CH_3(→)↖(t°)CH_2=CH_2+CH_4.$

3. Pakeitimo reakcijos- tai reakcijos, kurių metu paprastos medžiagos atomai pakeičia elemento atomus sudėtingoje medžiagoje.

Neorganinėje chemijoje tokių procesų pavyzdys yra reakcijų blokas, apibūdinantis savybes, pavyzdžiui, metalų:

1) šarminių ir šarminių žemės metalų sąveika su vandeniu:

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$

2) metalų sąveika su rūgštimis tirpale:

$Zn+2HCl=ZnCl_2+H_2$;

3) metalų sąveika su druskomis tirpale:

$Fe+CuSO_4=FeSO_4+Cu;$

4) metalotermija:

$2Al+Cr_2O_3(→)↖(t°)Al_2O_3+2Cr$.

Organinės chemijos tyrimo objektas yra ne paprastos medžiagos, o tik junginiai. Todėl kaip pakeitimo reakcijos pavyzdį pateikiame būdingiausią sočiųjų junginių, ypač metano, savybę - jo vandenilio atomų gebėjimą pakeisti halogeno atomais:

$CH_4+Cl_2(→)↖(hν)(CH_3Cl)↙(chlormetanas)+HCl$,

$CH_3Cl+Cl_2→(CH_2Cl_2)↙(dichlormetanas)+HCl$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→(CHCl_3)↙(trichlormetanas)+HCl$,

$CHCl_3+Cl_2→(CCl_4)↙(anglies tetrachloridas)+HCl$.

Kitas pavyzdys yra aromatinio junginio (benzeno, tolueno, anilino) brominimas:

Atkreipkime dėmesį į pakeitimo reakcijų organinėse medžiagose ypatumą: dėl tokių reakcijų susidaro ne paprasta ir sudėtinga medžiaga, kaip neorganinėje chemijoje, o dvi sudėtingos medžiagos.

Organinėje chemijoje pakeitimo reakcijos taip pat apima kai kurias reakcijas tarp dviejų sudėtingų medžiagų, pavyzdžiui, benzeno nitrinimą:

$C_6H_6+(HNO_3)↙(benzenas)(→)↖(H_2SO_4(konc.),t°)(C_6H_5NO_2)↙(nitrobenzenas)+H_2O$

Formaliai tai yra mainų reakcija. Tai, kad tai yra pakeitimo reakcija, paaiškėja tik įvertinus jos mechanizmą.

4. Keitimosi reakcijos- Tai reakcijos, kurių metu dvi sudėtingos medžiagos keičia savo sudedamąsias dalis.

Šios reakcijos apibūdina elektrolitų savybes ir tirpaluose vyksta pagal Bertolo taisyklę, t.y. tik tuo atveju, jei susidaro nuosėdos, dujos arba šiek tiek disociuojanti medžiaga (pavyzdžiui, $H_2O$).

Neorganinėje chemijoje tai gali būti reakcijų blokas, apibūdinantis, pavyzdžiui, šarmų savybes:

1) neutralizacijos reakcija, kuri vyksta susidarant druskai ir vandeniui:

$NaOH+HNO_3=NaNO_3+H_2O$

arba jonine forma:

$OH^(-)+H^(+)=H_2O$;

2) reakcija tarp šarmo ir druskos, kuri vyksta susidarant dujoms:

$2NH_4Cl+Ca(OH)_2=CaCl_2+2NH_3+2H_2O$

arba jonine forma:

$NH_4^(+)+OH^(-)=NH_3+H_2O$;

3) reakcija tarp šarmo ir druskos, kuri vyksta susidarant nuosėdoms:

$CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2↓+K_2SO_4$

arba jonine forma:

$Cu^(2+)+2OH^(-)=Cu(OH)_2↓$

Organinėje chemijoje galime apsvarstyti reakcijų bloką, apibūdinantį, pavyzdžiui, acto rūgšties savybes:

1) reakcija, atsirandanti susidarant silpnam elektrolitui - $H_2O$:

$CH_3COOH+NaOH⇄NaCH_3COO+H_2O$

$CH_3COOH+OH^(-)⇄CH_3COO^(-)+H_2O$;

2) reakcija, kuri vyksta susidarant dujoms:

$2CH_3COOH+CaCO_3=2CH_3COO^(-)+Ca^(2+)+CO_2+H_2O$;

3) reakcija, atsirandanti susidarius nuosėdoms:

$2CH_3COOH+K_2SiO_3=2KCH_3COO+H_2SiO_3↓$

$2CH_3COOH+SiO_3^(−)=2CH_3COO^(−)+H_2SiO_3↓$.

Cheminių reakcijų klasifikacija pagal cheminių elementų, sudarančių medžiagų, oksidacijos būsenų pokyčius

Reakcijos, atsirandančios pasikeitus elementų oksidacijos būsenoms, arba redokso reakcijos.

Tai apima daugybę reakcijų, įskaitant visas pakeitimo reakcijas, taip pat tas derinimo ir skilimo reakcijas, kuriose dalyvauja bent viena paprasta medžiaga, pavyzdžiui:

1.$(Mg)↖(0)+(2H)↖(+1)+SO_4^(-2)=(Mg)↖(+2)SO_4+(H_2)↖(0)$

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktorius)(→)↖(oksidacija)(Mg)↖(+2)$

$((2H)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oksidatorius)(→)↖(redukcija)(H_2)↖(0)$

2.$(2Mg)↖(0)+(O_2)↖(0)=(2Mg)↖(+2)(O)↖(-2)$

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktorius)(→)↖(oksidacija)(Mg)↖(+2)|4|2$

$((O_2)↖(0)+4(e)↖(-))↙(oksidatorius)(→)↖(redukcija)(2O)↖(-2)|2|1$

Kaip prisimenate, sudėtingos redokso reakcijos sudaromos naudojant elektronų balanso metodą:

$(2Fe)↖(0)+6H_2(S)↖(+6)O_(4(k))=(Fe_2)↖(+3)(SO_4)_3+3(S)↖(+4)O_2+ 6H_2O $

$((Fe)↖(0)-3(e)↖(-))↙(reduktorius)(→)↖(oksidacija)(Fe)↖(+3)|2$

$((S)↖(+6)+2(e)↖(-))↙(oksidatorius)(→)↖(redukcija)(S)↖(+4)|3$

Organinėje chemijoje ryškus redokso reakcijų pavyzdys yra aldehidų savybės:

1. Aldehidai redukuojami į atitinkamus alkoholius:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(H_2)↖(0))↙(\tekstas"acetaldehidas") ( →)↖(Ni,t°)(CH_3-(C)↖(-1)(H_2)↖(+1)(O)↖(-2)(H)↖(+1))↙(\tekstas " etilo alkoholis")$

$((C)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oksidatorius)(→)↖(redukcija)(C)↖(-1)|1$

$((H_2)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktorius)(→)↖(oksidacija)2(H)↖(+1)|1$

2. Aldehidai oksiduojami į atitinkamas rūgštis:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(Ag_2)↖(+1)(O)↖(-2)) ↙(\tekstas"acetaldehidas"))(→)↖(t°)(CH_3-(Ag)↖(0)(C)↖(+3)(O)↖(-2)(OH)↖(-2) +1)+2(Ag)↖(0)↓)↙(\tekstas"etilo alkoholis")$

$((C)↖(+1)-2(e)↖(-))↙(reduktorius)(→)↖(oksidacija)(C)↖(+3)|1$

$(2(Ag)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oksidatorius)(→)↖(redukcija)2(Ag)↖(0)|1$

Reakcijos, kurios vyksta nekeičiant cheminių elementų oksidacijos būsenų.

Tai apima, pavyzdžiui, visas jonų mainų reakcijas, taip pat:

• daug sudėtinių reakcijų:

$Li_2O+H_2O=2LiOH;$

• daug skilimo reakcijų:

$2Fe(OH)_3(→)↖(t°)Fe_2O_3+3H_2O;$

• esterinimo reakcijos:

$HCOOH+CH_3OH⇄HCOOCH_3+H_2O$.

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal terminį poveikį

Pagal šiluminį efektą reakcijos skirstomos į egzotermines ir endotermines.

Egzoterminės reakcijos.

Šios reakcijos vyksta išsilaisvinus energijai.

Tai apima beveik visas sudėtines reakcijas. Reta išimtis yra endoterminė azoto oksido (II) sintezės reakcija iš azoto ir deguonies ir vandenilio dujų reakcija su kietu jodu:

$N_2+O_2=2NE – Q$,

$H_(2(g))+I(2(t))=2HI – Q$.

Egzoterminės reakcijos, atsirandančios išskiriant šviesą, klasifikuojamos kaip degimo reakcijos, pavyzdžiui:

$4P+5O_2=2P_2O_5+Q,$

$CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O+Q$.

Etileno hidrinimas yra egzoterminės reakcijos pavyzdys:

$CH_2=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3-CH_3+Q$

Jis veikia kambario temperatūroje.

Endoterminės reakcijos

Šios reakcijos vyksta absorbuojant energiją.

Akivaizdu, kad tai apima beveik visas skilimo reakcijas, pavyzdžiui:

a) kalkakmenio deginimas:

$CaCO_3(→)↖(t°)CaO+CO_2-Q;$

b) butano krekingo:

Reakcijos metu išsiskiriantis arba sugertas energijos kiekis vadinamas terminis reakcijos poveikis, o šį poveikį rodanti cheminės reakcijos lygtis vadinama termocheminė lygtis, Pavyzdžiui:

$H_(2(g))+Cl_(2(g))=2HCl_((g))+92,3 kJ,$

$N_(2(g))+O_(2(g))=2NO_((g)) – 90,4 kJ$.

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal reaguojančių medžiagų agregacijos būseną (fazinė sudėtis)

Heterogeninės reakcijos.

Tai reakcijos, kurių metu reagentai ir reakcijos produktai yra skirtingose ​​agregacijos būsenose (skirtingose ​​fazėse):

$2Al_((t))+3CuCl_(2(sol))=3Cu_((t))+2AlCl_(3(sol))$,

$CaC_(2(t))+2H_2O_((l))=C_2H_2+Ca(OH)_(2(tirpalas))$.

Homogeninės reakcijos.

Tai reakcijos, kurių metu reagentai ir reakcijos produktai yra toje pačioje agregacijos būsenoje (toje pačioje fazėje):

Cheminių reakcijų klasifikacija pagal katalizatoriaus dalyvavimą

Nekatalizinės reakcijos.

Vyksta nekatalizinės reakcijos nedalyvaujant katalizatoriui:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$,

$C_2H_4+3O_2(→)↖(t°)2CO_2+2H_2O$.

Katalizinės reakcijos.

Vyksta katalizinės reakcijos dalyvaujant katalizatoriui:

$2KClO_3(→)↖(MnO_2,t°)2KCl+3O_2,$

$(C_2H_5OH)↙(etanolis)(→)↖(H_2SO-4,t°)(CH_2=CH_2)↙(etenas)+H_2O$

Kadangi visos biologinės reakcijos, vykstančios gyvų organizmų ląstelėse, vyksta dalyvaujant specialiems baltyminio pobūdžio biologiniams katalizatoriams – fermentams, jos visos yra katalizinės arba, tiksliau, fermentinis.

Reikėtų pažymėti, kad daugiau nei $ 70% chemijos produkcijos naudojami katalizatoriai.

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal kryptį

Negrįžtamos reakcijos.

Negrįžtamos reakcijos tekėti tokiomis sąlygomis tik viena kryptimi.

Tai apima visas mainų reakcijas, kurias lydi nuosėdų, dujų arba šiek tiek disocijuojančios medžiagos (vandens) susidarymas, ir visas degimo reakcijas.

Grįžtamos reakcijos.

Grįžtamos reakcijos tokiomis sąlygomis vienu metu vyksta dviem priešingomis kryptimis.

Didžioji dauguma tokių reakcijų yra.

Organinėje chemijoje grįžtamumo ženklą atspindi procesų antonimai:

• hidrinimas – dehidrinimas;
• hidratacija – dehidratacija;
• polimerizacija – depolimerizacija.

Visos esterinimo (priešingas procesas, kaip žinote, vadinamas hidrolize) ir baltymų, esterių, angliavandenių ir polinukleotidų hidrolizės reakcijos yra grįžtamos. Grįžtamumas yra svarbiausias gyvo organizmo procesas – medžiagų apykaita.

Cheminės medžiagų savybės atsiskleidžia įvairiose cheminėse reakcijose.

Medžiagų transformacijos, kurias lydi jų sudėties ir (ar) struktūros pokyčiai, vadinamos cheminėmis reakcijomis. Dažnai randamas toks apibrėžimas: cheminė reakcija – pradinių medžiagų (reagentų) pavertimo galutinėmis medžiagomis (produktais) procesas.

Cheminės reakcijos rašomos naudojant chemines lygtis ir diagramas, kuriose yra pradinių medžiagų ir reakcijos produktų formulės. Cheminėse lygtyse, skirtingai nei diagramose, kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje ir dešinėje pusėse yra vienodas, o tai atspindi masės tvermės dėsnį.

Kairėje lygties pusėje užrašytos pradinių medžiagų (reagentų) formulės, dešinėje - cheminės reakcijos rezultate gautos medžiagos (reakcijos produktai, galutinės medžiagos). Lygybės ženklas, jungiantis kairę ir dešinę puses, rodo, kad bendras reakcijoje dalyvaujančių medžiagų atomų skaičius išlieka pastovus. Tai pasiekiama prieš formules pateikiant sveikuosius stechiometrinius koeficientus, rodančius kiekybinius santykius tarp reagentų ir reakcijos produktų.

Cheminėse lygtyse gali būti papildomos informacijos apie reakcijos charakteristikas. Jei cheminė reakcija įvyksta veikiant išoriniams poveikiams (temperatūrai, slėgiui, spinduliuotei ir kt.), tai nurodoma atitinkamu simboliu, dažniausiai virš (arba „žemiau“) lygybės ženklo.

Daugybę cheminių reakcijų galima suskirstyti į kelių tipų reakcijas, kurios turi labai specifinių savybių.

Galima pasirinkti šias klasifikavimo charakteristikas:

• 1. Pradinių medžiagų ir reakcijos produktų skaičius ir sudėtis.
• 2. Reagentų ir reakcijos produktų fizinė būsena.
• 3. Fazių, kuriose yra reakcijos dalyviai, skaičius.
• 4. Perduodamų dalelių pobūdis.
• 5. Galimybė įvykti reakcijai pirmyn ir atgal.
• 6. Šiluminio efekto ženklas visas reakcijas skirsto į: egzotermines reakcijas, vykstančias su egzoefektu - energijos išsiskyrimu šilumos pavidalu (Q>0, ?H

ir endoterminės reakcijos, vykstančios su endo efektu – energijos absorbcija šilumos pavidalu (Q<0, ?H >0):

Tokios reakcijos priskiriamos termocheminėms.

Pažvelkime atidžiau į kiekvieną reakcijos tipą.

Klasifikavimas pagal reagentų ir galutinių medžiagų skaičių ir sudėtį

1. Sudėtinės reakcijos

Kai junginys reaguoja iš kelių gana paprastos sudėties reaguojančių medžiagų, gaunama viena sudėtingesnės sudėties medžiaga:

Paprastai šias reakcijas lydi šilumos išsiskyrimas, t.y. sukelti stabilesnių ir mažiau energijos turinčių junginių susidarymą.

Paprastų medžiagų junginių reakcijos visada yra redoksinės prigimties. Sudėtinės reakcijos, vykstančios tarp sudėtingų medžiagų, gali vykti nekeičiant valentingumo:

ir taip pat gali būti klasifikuojami kaip redoksas:

2. Skilimo reakcijos

Dėl skilimo reakcijų iš vienos sudėtingos medžiagos susidaro keli junginiai:

A = B + C + D.

Sudėtingos medžiagos skilimo produktai gali būti tiek paprastos, tiek sudėtingos medžiagos. Iš skilimo reakcijų, kurios vyksta nekeičiant valentingumo būsenų, pažymėtinas kristalinių hidratų, bazių, rūgščių ir deguonies turinčių rūgščių druskų skilimas:

Redokso skilimo reakcijos apima oksidų, rūgščių ir druskų, susidarančių aukštesnės oksidacijos būsenos elementų, skilimą:

Redokso skilimo reakcijos ypač būdingos azoto rūgšties druskoms.

Skilimo reakcijos organinėje chemijoje vadinamos krekingu:

arba dehidrogenacija

3. Pakeitimo reakcijos

Pakeitimo reakcijose paprastai paprasta medžiaga reaguoja su sudėtinga, sudarydama kitą paprastą medžiagą ir kitą sudėtingą:

A + BC = AB + C.

Šios reakcijos dažniausiai priklauso redokso reakcijoms:

Pakeitimo reakcijų, kurios nėra lydimos atomų valentinės būsenos pasikeitimo, pavyzdžių yra labai nedaug. Reikėtų pažymėti silicio dioksido reakciją su deguonies turinčių rūgščių druskomis, kurios atitinka dujinius arba lakiuosius anhidridus:

CaCO3+ SiO2 = CaSiO3 + CO2,

Kartais šios reakcijos laikomos mainų reakcijomis:

4. Keitimosi reakcijos

Keitimosi reakcijos yra reakcijos tarp dviejų junginių, kurie keičiasi savo sudedamosiomis dalimis tarpusavyje:

AB + CD = AD + CB.

Jei pakeitimo reakcijų metu vyksta redokso procesai, tai mainų reakcijos visada vyksta nekeičiant atomų valentinės būsenos. Tai yra labiausiai paplitusi sudėtingų medžiagų - oksidų, bazių, rūgščių ir druskų - reakcijų grupė:

Ypatingas šių mainų reakcijų atvejis yra neutralizacijos reakcija:

Paprastai šios reakcijos paklūsta cheminės pusiausvyros dėsniams ir vyksta ta kryptimi, kur bent viena medžiaga pašalinama iš reakcijos sferos dujinės, lakios medžiagos, nuosėdų arba mažai disociuojančio (tirpalams) junginio pavidalu:

5. Perkėlimo reakcijos.

Perkėlimo reakcijose atomas ar atomų grupė pereina iš vieno struktūrinio vieneto į kitą:

Pavyzdžiui:

• 1. Cheminės reakcijos skiriasi reagentų skaičiumi ir sudėtimi:
  • a) reakcijos, vykstančios nekeičiant sąveikaujančių medžiagų sudėties: neorganinėje chemijoje tokių cheminių reakcijų pavyzdžiai yra to paties cheminio elemento alotropinių modifikacijų keitimo procesai (grafitas virsta deimantu, deguonis – ozonu);

organinėje chemijoje pavyzdžiais yra alkanų, alkenų, alkinų ir kitų izomerizacijos reakcijos, kurios vyksta nekeičiant ne tik kokybinės, bet ir kiekybinės reagentų sudėties.

• b) cheminės reakcijos, atsirandančios pasikeitus medžiagų sudėčiai: jungimosi, pakeitimo, mainų ir skilimo reakcijos.
• 2. Reakcijos gali būti klasifikuojamos pagal cheminių elementų, sąveikaujančių cheminėje reakcijoje, oksidacijos būsenų pokyčius:
  • a) pasikeitus oksidacijos būsenai vyksta redoksinės cheminės reakcijos;
  • b) reakcijos nekeičiant reagentų oksidacijos laipsnio.
• 3. Cheminės reakcijos taip pat skirstomos pagal terminį efektą, atsirandantį dėl atomų ar molekulių sąveikos:
  • a) egzoterminis - su šilumos (arba energijos) išsiskyrimu;
  • b) endoterminis – su energijos sugėrimu.
• 4. Pagal katalizatoriaus dalyvavimą sąveikos procese cheminės reakcijos skirstomos į katalizines ir nekatalitines (daugiau nei 70 % visų reakcijų yra katalizinės).
• 5. Remiantis skirtingų agregacijos būsenų medžiagų buvimu reakcijoje, cheminės reakcijos skirstomos į heterogenines (reagentai ir produktai yra skirtingos agregacijos būsenos) ir vienarūšes (visi reagentai ir produktai yra vienoje fazėje).
• 6. Priklausomai nuo tėkmės krypties, cheminės reakcijos gali būti grįžtamosios (einančios į abi puses) arba negrįžtamos.
• 7. Taip pat yra cheminių reakcijų klasifikacija pagal reakciją inicijuojančios energijos rūšį: fotocheminė, spinduliuotė, termocheminė ir elektrocheminė.
• 4. Veiksniai, turintys įtakos cheminių reakcijų greičiui
• 1. Reaguojančių medžiagų pobūdis. Svarbų vaidmenį atlieka cheminių jungčių pobūdis ir reagento molekulių struktūra. Reakcijos vyksta mažiau stiprių ryšių sunaikinimo ir stipresnių jungčių medžiagų susidarymo kryptimi. Taigi, norint nutraukti ryšius H2 ir N2 molekulėse, reikia didelių energijos; tokios molekulės yra šiek tiek reaktyvios. Ryšiams nutraukti labai polinėse molekulėse (HCl, H2O) reikia mažiau energijos, o reakcijos greitis yra daug didesnis. Reakcijos tarp jonų elektrolitų tirpaluose vyksta beveik akimirksniu.

Fluoras sprogstamai reaguoja su vandeniliu kambario temperatūroje, kaitinant bromas reaguoja su vandeniliu.

Kalcio oksidas energingai reaguoja su vandeniu, išskirdamas šilumą; vario oksidas – nereaguoja.

2. Koncentracija. Didėjant koncentracijai (dalelių skaičiui tūrio vienete) dažniau įvyksta reaguojančių medžiagų molekulių susidūrimai – didėja reakcijos greitis.

Masės veikimo dėsnis – cheminės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai.

Vienpakopei homogeninei A+B tipo reakcijai? reakcijos produktai, šis dėsnis išreiškiamas lygtimi:

čia v yra reakcijos greitis; cA ir cB - medžiagų A ir B koncentracijos, mol/l;

k yra proporcingumo koeficientas, vadinamas reakcijos greičio konstanta.

Reakcijos greičio konstanta k priklauso nuo reagentų pobūdžio, temperatūros ir katalizatoriaus, bet nepriklauso nuo reagentų koncentracijos.

Fizinė greičio konstantos reikšmė yra ta, kad ji yra lygi reakcijos greičiui esant vienetinėms reagentų koncentracijoms.

Heterogeninių reakcijų atveju kietosios fazės koncentracija neįtraukiama į reakcijos greičio išraišką.

3. Temperatūra. Kaskart padidėjus temperatūrai 10°C, reakcijos greitis padidėja 2-4 kartus (van't Hoffo taisyklė). Kai temperatūra pakyla nuo t1 iki t2, reakcijos greičio pokytis gali būti apskaičiuojamas naudojant formulę:

(kur Vt2 ir Vt1 yra reakcijos greitis esant atitinkamai t2 ir t1 temperatūroms; g yra šios reakcijos temperatūros koeficientas).

Van't Hoff taisyklė taikoma tik siaurame temperatūros diapazone. Tikslesnė yra Arrhenius lygtis:

kur A yra konstanta, priklausanti nuo reaguojančių medžiagų pobūdžio;

R yra universali dujų konstanta;

Ea – aktyvacijos energija, t.y. energijos, kurią turi turėti susidūrusios molekulės, kad susidūrimas sukeltų cheminę transformaciją.

Cheminės reakcijos energijos diagrama.

Ryžiai. 1

A – reagentai, B – aktyvuotas kompleksas (pereinamoji būsena), C – produktai.

Kuo didesnė aktyvacijos energija Ea, tuo reakcijos greitis didėja didėjant temperatūrai.

• 4. Reaguojančių medžiagų kontaktinis paviršius. Heterogeninėse sistemose (kai medžiagos yra skirtingos agregacijos būsenos), kuo didesnis kontaktinis paviršius, tuo greičiau vyksta reakcija. Kietųjų medžiagų paviršiaus plotą galima padidinti jas šlifuojant, o tirpių medžiagų – ištirpinant.
• 5. Katalizė. Medžiagos, kurios dalyvauja reakcijose ir padidina jos greitį, o pasibaigus reakcijai lieka nepakitusios, vadinamos katalizatoriais. Katalizatorių veikimo mechanizmas yra susijęs su reakcijos aktyvavimo energijos sumažėjimu dėl tarpinių junginių susidarymo. Homogeninėje katalizėje reagentai ir katalizatorius sudaro vieną fazę (yra toje pačioje agregacijos būsenoje heterogeninėje katalizėje, jie yra skirtingos fazės (yra skirtingos agregacijos būsenos). Kai kuriais atvejais nepageidaujamų cheminių procesų atsiradimą galima smarkiai sulėtinti į reakcijos terpę pridedant inhibitorių ("neigiamos katalizės" reiškinys).
• 5. Cheminės pusiausvyros dėsnis

Cheminė pusiausvyra yra cheminės sistemos būsena, kurioje viena ar daugiau cheminių reakcijų vyksta grįžtamai, o kiekvienoje pirmyn-atvirkštinės reakcijų poros greičiai yra vienodi. Sistemoje, kurioje yra cheminė pusiausvyra, reagentų koncentracijos, temperatūra ir kiti sistemos parametrai laikui bėgant nekinta.

Pusiausvyros būsenoje tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai tampa vienodi.

Cheminės pusiausvyros padėtis priklauso nuo šių reakcijos parametrų: temperatūros, slėgio ir koncentracijos. Šių veiksnių įtaka cheminei reakcijai priklauso nuo modelio, kurį 1885 m. bendrai išreiškė prancūzų mokslininkas Le Chatelier.

Kiekvienoje grįžtamojoje reakcijoje viena iš krypčių atitinka egzoterminį procesą, o kita – endoterminį procesą.

Pirminė reakcija yra egzoterminė, o atvirkštinė reakcija yra endoterminė.

Temperatūros pokyčių įtakai cheminės pusiausvyros padėčiai taikomos šios taisyklės: Kylant temperatūrai, cheminė pusiausvyra pasislenka endoterminės reakcijos kryptimi, o temperatūrai mažėjant – egzoterminės reakcijos kryptimi.

Visose reakcijose, kuriose dalyvauja dujinės medžiagos, kartu su tūrio pasikeitimu dėl medžiagos kiekio pasikeitimo pereinant nuo pradinių medžiagų prie produktų, pusiausvyros padėčiai įtakos turi slėgis sistemoje.

Slėgio įtakai pusiausvyros padėčiai taikomos šios taisyklės: Didėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka mažesnio tūrio medžiagų (arba pradinių produktų) susidarymo link; mažėjant slėgiui, pusiausvyra pasislenka didesnio tūrio medžiagų susidarymo link:

Taigi, pereinant nuo pradinių medžiagų prie produktų, dujų tūris sumažėjo perpus.

Koncentracijos įtaka pusiausvyros būklei priklauso nuo šių taisyklių:

Padidėjus vienos iš pradinių medžiagų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka reakcijos produktų susidarymo link;

Padidėjus vieno iš reakcijos produktų koncentracijai, pusiausvyra pasislenka pradinių medžiagų susidarymo link.