Kemiska reaktioner (kemiska fenomen)- det här är processer som leder till att av vissa ämnen bildas andra som skiljer sig från de ursprungliga i sammansättning eller struktur. När kemiska reaktioner inträffar sker ingen förändring i antalet atomer i ett visst element eller interkonversion av isotoper.

Klassificeringen av kemiska reaktioner är mångfacetterad den kan baseras på olika egenskaper: antalet och sammansättningen av reagenser och reaktionsprodukter, termisk effekt, reversibilitet, etc.

I. Klassificering av reaktioner efter antal och sammansättning av reaktanter

A. Reaktioner som inträffar utan att ämnets kvalitativa sammansättning ändras . Dessa är många allotropa omvandlingar av enkla ämnen (till exempel syre ↔ ozon (3O 2 ↔2O 3), vitt tenn ↔ grått tenn); övergång när temperaturen hos vissa fasta ämnen ändras från ett kristallint tillstånd till ett annat - polymorfa transformationer(till exempel, röda kristaller av kvicksilver (II) jodid, när de upphettas, förvandlas till ett gult ämne av samma sammansättning; när de kyls uppstår den omvända processen); isomeriseringsreaktioner (till exempel NH 4 OCN ↔ (NH 2) 2 CO), etc.

B. Reaktioner som uppstår med en förändring i sammansättningen av de reagerande ämnena.

Sammansatta reaktioner– Det är reaktioner där ett nytt komplext ämne bildas av två eller flera utgångsämnen. Utgångsämnena kan vara antingen enkla eller komplexa, till exempel:

4P + 502 = 2P2O5; 4N02 + O2 + 2H2O = 4HNO3; CaO+ H2O =Ca(OH)2.

Nedbrytningsreaktionerär reaktioner där två eller flera nya ämnen bildas från en initial komplex substans. Ämnen som bildas i reaktioner av denna typ kan vara antingen enkla eller komplexa, till exempel:

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

Substitutionsreaktioner- dessa är processer där atomer av ett enkelt ämne ersätter atomer av något element i ett komplext ämne. Eftersom substitutionsreaktioner nödvändigtvis involverar en enkel substans som en av reaktanterna, är nästan alla transformationer av denna typ redox, till exempel:

Zn + H2SO4 = H2 + ZnSO4; 2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3; H2S + Br2 = 2HBr + S.

Utbyte reaktionerär reaktioner där två komplexa ämnen byter ut sina beståndsdelar. Utbytesreaktioner kan ske direkt mellan två reagens utan deltagande av ett lösningsmedel, t.ex O.

Utbytesreaktioner som förekommer i elektrolytlösningar kallas jonbytesreaktioner. Sådana reaktioner är möjliga endast om ett av de resulterande ämnena är en svag elektrolyt och frigörs från reaktionssfären i form av en gas eller ett svårlösligt ämne (Berthollets regel):

AgNO3 +HCl=AgCl↓ +HNO3, eller Ag + +Cl - =AgCl↓;

NH4CI+ KOH =KCl+NH3+H2O, eller NH4++OH-=H2O+NH3;

NaOH+HCl=NaCl+H2O, eller H++OH-=H2O.

II. Klassificering av reaktioner efter termisk effekt

A. Reaktioner som uppstår vid frisättning av termisk energi –exoterma reaktioner (+ Q).

B. Reaktioner som uppstår vid absorption av värme –endotermiska reaktioner (– Q).

Termisk effekt reaktioner avser mängden värme som frigörs eller absorberas som ett resultat av en kemisk reaktion. Reaktionsekvationen, som indikerar dess termiska effekt, kallas termokemisk. Det är bekvämt att ge värdet av den termiska effekten av en reaktion per 1 mol av en av reaktionsdeltagarna, därför kan du ofta hitta fraktionskoefficienter i termokemiska ekvationer:

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

Alla förbränningsreaktioner och de allra flesta oxidations- och sammansättningsreaktioner är exoterma. Nedbrytningsreaktioner kräver vanligtvis energi.

Klassificering av kemiska reaktioner

Sammanfattning om kemi av Alexey Nikolaev, elev i 11:e klass på gymnasiet nr 653

Följande klassificeringskriterier kan väljas:

1. Antalet och sammansättningen av utgångsmaterial och reaktionsprodukter.

2. Fysikaliskt tillstånd för reagenser och reaktionsprodukter.

3. Antalet faser där reaktionsdeltagarna befinner sig.

4. De överförda partiklarnas natur.

5. Möjlighet att reaktion sker i riktning framåt och bakåt.

6. Termisk effekt.

7. Fenomenet katalys.

Klassificering efter antal och sammansättning av utgångsämnen och reaktionsprodukter.

Sammansatta reaktioner.

När en förening reagerar från flera reagerande ämnen med relativt enkel sammansättning erhålls ett ämne med en mer komplex sammansättning:

A+B+C=D

I regel åtföljs dessa reaktioner av frigöring av värme, d.v.s. leda till bildning av mer stabila och mindre energirika föreningar.

Oorganisk kemi.

Reaktioner av föreningar av enkla ämnen är alltid redox i naturen. Sammansatta reaktioner som uppstår mellan komplexa ämnen kan inträffa utan att valensen ändras:

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

och även klassificeras som redox:

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.

Organisk kemi.

Inom organisk kemi kallas sådana reaktioner ofta för additionsreaktioner. De involverar vanligtvis föreningar som innehåller en dubbel- eller trippelbindning. Typer av additionsreaktioner: hydrering, hydratisering, hydrohalogenering, polymerisation. Exempel på dessa reaktioner:

T o

H 2 C = CH 2 + H 2 → CH 3 – CH 3

etylenetan

T o

HC=CH + HCl → H2C=CHCl

acetylenvinylklorid

T o

n CH2=CH2 -> (-CH2-CH2-)n

Eten polyeten

Nedbrytningsreaktioner.

Nedbrytningsreaktioner leder till bildandet av flera föreningar från ett komplext ämne:

A = B + C + D.

Nedbrytningsprodukterna av ett komplext ämne kan vara både enkla och komplexa ämnen.

Oorganisk kemi.

Av de nedbrytningsreaktioner som sker utan att ändra valenstillstånden är sönderdelningen av kristallina hydrater, baser, syror och salter av syrehaltiga syror anmärkningsvärt:

	t o
CuS045H2O		CuS04 + 5H2O

	t o
4HNO3		2H2O + 4NO2O + O2O.

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,

(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O.

Organisk kemi.

Inom organisk kemi inkluderar nedbrytningsreaktioner: dehydrering, dehydrering, sprickbildning, dehydrohalogenering, såväl som depolymerisationsreaktioner, när den ursprungliga monomeren bildas av polymeren. Motsvarande reaktionsekvationer är:

T o

C2H5OH → C2H4 + H2O

T o

C6H14 → C6H6 + 4 H2

hexanbensen

C8H18 → C4H10 + C4H8

Oktan butan buten

C2H5Br → C2H4 + HBr

brometan eten

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

\СНз \СНз

naturgummi 2-metylbutadien-1,3

Substitutionsreaktioner.

I substitutionsreaktioner reagerar vanligtvis en enkel substans med en komplex och bildar en annan enkel substans och en annan komplex:

A + BC = AB + C.

Oorganisk kemi.

Dessa reaktioner hör överväldigande till redoxreaktioner:

2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2

2 KS lO3 + l 2 = 2KlO3 + Cl 2.

Exempel på substitutionsreaktioner som inte åtföljs av en förändring av atomernas valenstillstånd är extremt få. Det bör noteras reaktionen av kiseldioxid med salter av syrehaltiga syror, som motsvarar gasformiga eller flyktiga anhydrider:

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

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

Organisk kemi.

Inom organisk kemi förstås substitutionsreaktioner bredare, det vill säga inte en atom, utan en grupp atomer kan ersättas, eller inte en atom, utan en grupp atomer kan ersättas. En typ av substitutionsreaktion inkluderar nitrering och halogenering av mättade kolväten, aromatiska föreningar och alkoholer:

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr

bensen brombensen

C2H5OH + HCl → C2H5Cl + H2O

Etanol kloretan

Utbyte reaktioner.

Utbyte reaktionerär reaktioner mellan två föreningar som byter ut sina beståndsdelar med varandra:

AB + CD = AD + CB.

Oorganisk kemi

Om redoxprocesser inträffar under substitutionsreaktioner sker alltid utbytesreaktioner utan att atomernas valenstillstånd ändras. Detta är den vanligaste gruppen av reaktioner mellan komplexa ämnen - oxider, baser, syror och salter:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3

CrCl3 + ZNaON = Cr(OH)3 + ZNaCl.

Ett specialfall av dessa utbytesreaktioner är neutraliseringsreaktionen:

HCl + KOH = KCl + H2O.

Vanligtvis följer dessa reaktioner lagarna för kemisk jämvikt och fortsätter i den riktning där åtminstone ett av ämnena avlägsnas från reaktionssfären i form av en gasformig, flyktig substans, fällning eller lågdissocierande (för lösningar) förening:

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

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

Organisk kemi

HCOOH + NaOH → HCOONa + H2O

myrsyranatriumformiat

hydrolysreaktioner:

Na2CO3 + H2O
NaHC03 + NaOH

natriumkarbonat natriumbikarbonat

CO3 + H2O
HCO3 + OH

förestringsreaktioner:

CH3COOH + C2H5OH
CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

ättiksyra etanol etylester av ättiksyra

Fysikaliskt tillstånd för reagenser och reaktionsprodukter.

Gasreaktioner

	t o
H2+Cl2		2HCl.

Reaktioner i lösningar

NaOH(pp) + HCl(p-p) = NaCl(p-p) + H2O(l)

Reaktioner mellan fasta ämnen

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

Antalet faser där reaktionsdeltagarna befinner sig.

En fas förstås som en samling homogena delar av ett system med samma fysikaliska och kemiska egenskaper och separerade från varandra av ett gränssnitt.

Homogena (enfasiga) reaktioner.

Dessa inkluderar reaktioner som sker i gasfasen och ett antal reaktioner som sker i lösningar.

Heterogena (flerfasiga) reaktioner.

Dessa inkluderar reaktioner där reaktanterna och reaktionsprodukterna befinner sig i olika faser. Till exempel:

gas-vätskefas-reaktioner

CO2 (g) + NaOH(p-p) = NaHCO3 (p-p).

gas-fastfas-reaktioner

CO2 (g) + CaO (tv) = CaCO3 (tv).

vätske-fastfas-reaktioner

Na2S04 (pp) + BaCl3 (pp) = BaSO4 (tv)↓ + 2NaCl (p-p).

flytande-gas-fastfas-reaktioner

Ca(HCO3)2 (pp) + H2SO4 (pp) = CO2 (r) + H2O (l) + CaSO4 (tv)↓.

De överförda partiklarnas natur.

Protolytiska reaktioner.

Protolytiska reaktioner inkluderar kemiska processer, vars essens är överföringen av en proton från ett reagerande ämne till ett annat.

Denna klassificering är baserad på den protolytiska teorin om syror och baser, enligt vilken en syra är vilket ämne som helst som donerar en proton och en bas är ett ämne som kan acceptera en proton, till exempel:

Protolytiska reaktioner inkluderar neutraliserings- och hydrolysreaktioner.

Redoxreaktioner.

Alla kemiska reaktioner är uppdelade i sådana där oxidationstillstånden inte förändras (till exempel en utbytesreaktion) och sådana där oxidationstillstånden förändras. De kallas redoxreaktioner. De kan vara nedbrytningsreaktioner, föreningar, substitutioner och andra mer komplexa reaktioner. Till exempel:

Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2

FeS2 + 8HNO3 (konc. ) = Fe(NO3)3 + 5NO + 2H2SO4 + 2H2O

De allra flesta kemiska reaktioner är redoxreaktioner de spelar en extremt viktig roll.

Ligandutbytesreaktioner.

Dessa inkluderar reaktioner under vilka överföringen av ett elektronpar sker med bildandet av en kovalent bindning via en donator-acceptormekanism. Till exempel:

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

Fe + 5CO =

Al(OH)3 + NaOH =

Ett karakteristiskt särdrag för ligandbytesreaktioner är att bildningen av nya föreningar, kallade komplex, sker utan att oxidationstillståndet ändras.

Möjlighet att reaktion sker i riktning framåt och bakåt.

Irreversibla reaktioner.

Irreversibel Det är kemiska processer vars produkter inte kan reagera med varandra för att bilda utgångsämnen. Exempel på irreversibla reaktioner inkluderar sönderdelningen av Bertholletsalt vid upphettning:

2KlО 3 → 2Кl + ЗО 2,

eller oxidation av glukos genom atmosfäriskt syre:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Reversibla reaktioner.

Reversibel Dessa är kemiska processer vars produkter kan reagera med varandra under samma förhållanden som de erhölls för att bilda utgångsämnena.

För reversibla reaktioner skrivs ekvationen vanligtvis på följande sätt:

A + B
AB.

Två motsatt riktade pilar indikerar att under samma förhållanden inträffar både framåt- och bakåtreaktioner samtidigt, till exempel:

CH3COOH + C2H5OH
CH 3 SOOS 2 H 5 + H 2 O.

2SO2+O2
2SO3 + Q

Följaktligen slutförs dessa reaktioner inte, eftersom två reaktioner inträffar samtidigt - direkt (mellan utgångsämnena) och omvänd (nedbrytning av reaktionsprodukten).

Klassificering efter termisk effekt.

Mängden värme som frigörs eller absorberas som ett resultat av en reaktion kallas den termiska effekten av denna reaktion. Beroende på den termiska effekten är reaktionerna uppdelade:

Exotermisk.

Läckor med värmeavgivning

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

H2 + Cl2 → 2HCl + Q

Endotermisk.

Uppstår med värmeabsorption

N2 + O2 → 2NO-Q

2H2O → 2H2 + O2 - Q

Klassificering med hänsyn till fenomenet katalys.

Katalytisk.

Dessa inkluderar alla processer som involverar katalysatorer.

Katt.

2SO2 + O2
2SO 3

Icke-katalytisk.

Dessa inkluderar alla momentana reaktioner i lösningar

BaCl2 + H2SO4 = 2HCl + BaSO4 ↓

Bibliografi

Internetresurser:

http://chem.km.ru – "World of Chemistry"

http://chemi. org. ru – ”Handbok för sökande. Kemi"

http://hemi. wallst. ru – "Alternativ lärobok i kemi för årskurs 8-11"

"Guide till kemi. För dem som går in på universitet" - E.T. Oganesyan, M. 1991

Stor encyklopedisk ordbok. Kemi" - M. 1998

Kemiska reaktioner måste särskiljas från kärnreaktioner. Som ett resultat av kemiska reaktioner förändras inte det totala antalet atomer av varje kemiskt element och dess isotopsammansättning. Kärnreaktioner är en annan sak - processer för omvandling av atomkärnor som ett resultat av deras interaktion med andra kärnor eller elementarpartiklar, till exempel omvandlingen av aluminium till magnesium:

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

Klassificeringen av kemiska reaktioner är mångfacetterad, det vill säga den kan baseras på olika egenskaper. Men vilken som helst av dessa egenskaper kan innefatta reaktioner mellan både oorganiska och organiska ämnen.

Låt oss överväga klassificeringen av kemiska reaktioner enligt olika kriterier.

I. Enligt antal och sammansättning av reagerande ämnen

Reaktioner som uppstår utan att ämnens sammansättning ändras.

I oorganisk kemi inkluderar sådana reaktioner processerna för att erhålla allotropa modifieringar av ett kemiskt element, till exempel:

C (grafit) ↔ C (diamant)
S (orhombisk) ↔ S (monoklinisk)
P (vit) ↔ P (röd)
Sn (vit plåt) ↔ Sn (grå plåt)
3O 2 (syre) ↔ 2O 3 (ozon)

Inom organisk kemi kan denna typ av reaktion innefatta isomeriseringsreaktioner, som sker utan att inte bara ändra den kvalitativa utan också den kvantitativa sammansättningen av molekylerna av ämnen, till exempel:

1. Isomerisering av alkaner.

Isomeriseringsreaktionen av alkaner är av stor praktisk betydelse, eftersom kolväten med isostruktur har lägre förmåga att detonera.

2. Isomerisering av alkener.

3. Isomerisering av alkyner (reaktion av A. E. Favorsky).

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

etylacetylen dimetylacetylen

4. Isomerisering av haloalkaner (A.E. Favorsky, 1907).

5. Isomerisering av ammoniumcyanit vid upphettning.

Urea syntetiserades första gången av F. Wöhler 1828 genom isomerisering av ammoniumcyanat vid upphettning.

Reaktioner som uppstår vid en förändring av ett ämnes sammansättning

Fyra typer av sådana reaktioner kan särskiljas: kombination, sönderdelning, substitution och utbyte.

1. Sammansatta reaktioner är reaktioner där ett komplext ämne bildas av två eller flera ämnen

Inom oorganisk kemi kan hela mängden av sammansatta reaktioner övervägas, till exempel med hjälp av exemplet på reaktioner för produktion av svavelsyra från svavel:

1. Beredning av svaveloxid (IV):

S + O 2 = SO - av två enkla ämnen bildas ett komplext ämne.

2. Beredning av svaveloxid (VI):

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - ett komplext ämne bildas av enkla och komplexa ämnen.

3. Beredning av svavelsyra:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - ett komplext ämne bildas av två komplexa ämnen.

Ett exempel på en sammansatt reaktion där ett komplext ämne bildas av mer än två initiala ämnen är det sista steget för att producera salpetersyra:

4N02 + O2 + 2H2O = 4HNO3

Inom organisk kemi kallas sammanfogningsreaktioner vanligtvis "additionsreaktioner". Hela variationen av sådana reaktioner kan övervägas med exemplet med ett block av reaktioner som kännetecknar egenskaperna hos omättade ämnen, till exempel eten:

1. Hydrogeneringsreaktion - tillsats av väte:

CH2=CH2 + H2 → H3-CH3

eten → etan

2. Hydreringsreaktion - tillsats av vatten.

3. Polymerisationsreaktion.

2. Nedbrytningsreaktioner är reaktioner där flera nya ämnen bildas av ett komplext ämne.

Inom oorganisk kemi kan hela mängden av sådana reaktioner beaktas i reaktionsblocket för att producera syre genom laboratoriemetoder:

1. Nedbrytning av kvicksilver(II)oxid - två enkla bildas av ett komplext ämne.

2. Nedbrytning av kaliumnitrat - från ett komplext ämne bildas ett enkelt och ett komplex.

3. Nedbrytning av kaliumpermanganat - från ett komplext ämne bildas två komplexa och ett enkelt ämne, det vill säga tre nya ämnen.

Inom organisk kemi kan nedbrytningsreaktioner övervägas i reaktionsblocket för produktion av eten i laboratoriet och i industrin:

1. Reaktion av uttorkning (eliminering av vatten) av etanol:

C2H5OH → CH2=CH2 + H2O

2. Dehydreringsreaktion (eliminering av väte) av etan:

CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2

eller CH3-CH3 → 2C + ZN2

3. Propansprickningsreaktion (spaltningsreaktion):

CH3-CH2-CH3 → CH2=CH2 + CH4

3. Substitutionsreaktioner är reaktioner där atomer av ett enkelt ämne ersätter atomer av något grundämne i ett komplext ämne.

Inom oorganisk kemi är ett exempel på sådana processer ett block av reaktioner som kännetecknar egenskaperna, till exempel hos metaller:

1. Interaktion mellan alkali- eller jordalkalimetaller med vatten:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

2. Interaktion mellan metaller och syror i lösning:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

3. Interaktion mellan metaller och salter i lösning:

Fe + CuS04 = FeS04 + Cu

4. Metallotermi:

2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Сr

Ämnet för studiet av organisk kemi är inte enkla ämnen, utan bara föreningar. Därför, som ett exempel på en substitutionsreaktion, presenterar vi den mest karakteristiska egenskapen hos mättade föreningar, i synnerhet metan, - förmågan hos dess väteatomer att ersättas av halogenatomer. Ett annat exempel är bromering av en aromatisk förening (bensen, toluen, anilin).

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr

bensen → brombensen

Låt oss vara uppmärksamma på det speciella med substitutionsreaktionen i organiska ämnen: som ett resultat av sådana reaktioner bildas inte ett enkelt och ett komplext ämne, som i oorganisk kemi, utan två komplexa ämnen.

Inom organisk kemi inkluderar substitutionsreaktioner även vissa reaktioner mellan två komplexa ämnen, till exempel nitrering av bensen. Det är formellt en utbytesreaktion. Det faktum att detta är en substitutionsreaktion blir tydligt först när man överväger dess mekanism.

4. Utbytesreaktioner är reaktioner där två komplexa ämnen byter ut sina komponenter

Dessa reaktioner kännetecknar egenskaperna hos elektrolyter och i lösningar fortskrider enligt Berthollets regel, det vill säga endast om resultatet är bildandet av en fällning, gas eller något dissocierande ämne (till exempel H 2 O).

Inom oorganisk kemi kan detta vara ett block av reaktioner som kännetecknar till exempel egenskaperna hos alkalier:

1. Neutraliseringsreaktion som uppstår vid bildning av salt och vatten.

2. Reaktionen mellan alkali och salt, som sker vid bildning av gas.

3. Reaktionen mellan alkali och salt, vilket resulterar i bildandet av en fällning:

CuSO4 + 2KOH = Cu(OH)2 + K2SO4

eller i jonform:

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

Inom organisk kemi kan vi överväga ett block av reaktioner som kännetecknar till exempel egenskaperna hos ättiksyra:

1. Reaktionen som uppstår med bildandet av en svag elektrolyt - H 2 O:

CH3COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H2O

2. Reaktion som uppstår vid bildning av gas:

2CH3COOH + CaCO3 → 2CH3COO + Ca2+ + CO2 + H2O

3. Reaktionen som sker med bildandet av en fällning:

2CH3COOH + K2SO3 → 2K (CH3COO) + H2SO3

2CH3COOH + SiO → 2CH3COO + H2SiO3

II. Genom att ändra oxidationstillstånden för kemiska grundämnen bildar ämnen

Baserat på denna funktion särskiljs följande reaktioner:

1. Reaktioner som uppstår med en förändring i grundämnenas oxidationstillstånd, eller redoxreaktioner.

Dessa inkluderar många reaktioner, inklusive alla substitutionsreaktioner, såväl som de reaktioner av kombination och sönderdelning där minst en enkel substans är involverad, till exempel:

1. Mg 0 + H + 2 SO4 = Mg + 2 SO4 + H 2

2. 2MgO + O02 = Mg +20-2

Komplexa redoxreaktioner är sammansatta med hjälp av elektronbalansmetoden.

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

Inom organisk kemi är ett slående exempel på redoxreaktioner egenskaperna hos aldehyder.

1. De reduceras till motsvarande alkoholer:

Aldekyder oxideras till motsvarande syror:

2. Reaktioner som sker utan att de kemiska grundämnenas oxidationstillstånd ändras.

Dessa inkluderar till exempel alla jonbytesreaktioner, såväl som många föreningsreaktioner, många sönderdelningsreaktioner, förestringsreaktioner:

HCOOH + CHgOH = HCOOCH3 + H2O

III. Genom termisk effekt

Baserat på den termiska effekten delas reaktioner in i exotermiska och endotermiska.

1. Exotermiska reaktioner uppstår med frigörande av energi.

Dessa inkluderar nästan alla sammansatta reaktioner. Ett sällsynt undantag är den endotermiska reaktionen av syntesen av kväveoxid (II) från kväve och syre och reaktionen av vätgas med fast jod.

Exotermiska reaktioner som uppstår vid frisättning av ljus klassas som förbränningsreaktioner. Hydrogeneringen av eten är ett exempel på en exoterm reaktion. Den går i rumstemperatur.

2. Endotermiska reaktioner inträffar med absorption av energi.

Uppenbarligen kommer dessa att inkludera nästan alla nedbrytningsreaktioner, till exempel:

1. Kalkstensbränning

2. Butan sprickbildning

Mängden energi som frigörs eller absorberas som ett resultat av en reaktion kallas reaktionens termiska effekt, och ekvationen för en kemisk reaktion som indikerar denna effekt kallas den termokemiska ekvationen:

H2(g) + C12(g) = 2HC1(g) + 92,3 kJ

N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g) - 90,4 kJ

IV. Enligt tillståndet för aggregation av de reagerande ämnena (fassammansättning)

Beroende på tillståndet för aggregering av de reagerande ämnena särskiljs de:

1. Heterogena reaktioner - reaktioner där reaktanterna och reaktionsprodukterna befinner sig i olika aggregationstillstånd (i olika faser).

2. Homogena reaktioner - reaktioner där reaktanterna och reaktionsprodukterna är i samma aggregationstillstånd (i samma fas).

V. Genom katalysatordeltagande

Baserat på katalysatorns deltagande särskiljs de:

1. Icke-katalytiska reaktioner som sker utan deltagande av en katalysator.

2. Katalytiska reaktioner som sker med deltagande av en katalysator. Eftersom alla biokemiska reaktioner som inträffar i cellerna hos levande organismer sker med deltagande av speciella biologiska katalysatorer av proteinkaraktär - enzymer, är de alla katalytiska eller, mer exakt, enzymatiska. Det bör noteras att mer än 70 % av kemisk industri använder katalysatorer.

VI. Mot

Enligt riktningen särskiljs de:

1. Irreversibla reaktioner inträffar under givna förhållanden i endast en riktning. Dessa inkluderar alla utbytesreaktioner åtföljda av bildning av en fällning, gas eller något dissocierande ämne (vatten) och alla förbränningsreaktioner.

2. Reversibla reaktioner under dessa förhållanden inträffar samtidigt i två motsatta riktningar. Den överväldigande majoriteten av sådana reaktioner är.

I organisk kemi återspeglas tecknet på reversibilitet av namnen - antonymer för processerna:

Hydrogenering - dehydrering,

Hydrering - uttorkning,

Polymerisation - depolymerisation.

Alla reaktioner av förestring (den motsatta processen kallas som du vet hydrolys) och hydrolys av proteiner, estrar, kolhydrater och polynukleotider är reversibla. Reversibiliteten av dessa processer ligger till grund för den viktigaste egenskapen hos en levande organism - metabolism.

VII. Enligt flödesmekanismen särskiljs de:

1. Radikala reaktioner uppstår mellan radikalerna och molekylerna som bildas under reaktionen.

Som du redan vet, i alla reaktioner bryts gamla kemiska bindningar och nya kemiska bindningar bildas. Metoden för att bryta bindningen i startämnets molekyler bestämmer reaktionsmekanismen (vägen). Om ett ämne bildas av en kovalent bindning, så kan det finnas två sätt att bryta denna bindning: hemolytisk och heterolytisk. Till exempel, för molekyler Cl 2, CH 4, etc., realiseras hemolytisk klyvning av bindningar det kommer att leda till bildandet av partiklar med oparade elektroner, det vill säga fria radikaler.

Radikaler bildas oftast när bindningar bryts där de delade elektronparen delas ungefär lika mellan atomerna (icke-polär kovalent bindning), men många polära bindningar kan också brytas på liknande sätt, särskilt när reaktionen sker i gasfasen och under påverkan av ljus, som till exempel i fallet med de processer som diskuterats ovan - interaktionen mellan C 12 och CH 4 -. Radikaler är mycket reaktiva eftersom de tenderar att komplettera sitt elektronskikt genom att ta en elektron från en annan atom eller molekyl. Till exempel, när en klorradikal kolliderar med en vätemolekyl, gör det att det delade elektronparet som binder väteatomerna bryts och bildar en kovalent bindning med en av väteatomerna. Den andra väteatomen, som har blivit en radikal, bildar ett gemensamt elektronpar med den oparade elektronen i kloratomen från den kollapsande Cl 2-molekylen, vilket resulterar i bildandet av en klorradikal som angriper en ny vätemolekyl, etc.

Reaktioner som representerar en kedja av successiva transformationer kallas kedjereaktioner. För utvecklingen av teorin om kedjereaktioner tilldelades två framstående kemister - vår landsman N. N. Semenov och engelsmannen S. A. Hinshelwood Nobelpriset.
Substitutionsreaktionen mellan klor och metan fortskrider på liknande sätt:

De flesta förbränningsreaktioner av organiska och oorganiska ämnen, syntes av vatten, ammoniak, polymerisation av eten, vinylklorid, etc., fortskrider genom radikalmekanismen.

2. Joniska reaktioner sker mellan joner som redan finns eller bildas under reaktionen.

Typiska jonreaktioner är interaktioner mellan elektrolyter i lösning. Joner bildas inte bara under dissociationen av elektrolyter i lösningar, utan också under inverkan av elektriska urladdningar, uppvärmning eller strålning. γ-strålar omvandlar till exempel vatten- och metanmolekyler till molekylära joner.

Enligt en annan jonmekanism uppträder reaktioner av tillsats av vätehalogenider, väte, halogener till alkener, oxidation och dehydrering av alkoholer, ersättning av alkoholhydroxyl med halogen; reaktioner som kännetecknar egenskaperna hos aldehyder och syror. I detta fall bildas joner genom heterolytisk klyvning av polära kovalenta bindningar.

VIII. Beroende på typ av energi

initierar reaktionen särskiljs:

1. Fotokemiska reaktioner. De initieras av ljusenergi. Förutom de fotokemiska processerna för HCl-syntes eller reaktionen av metan med klor som diskuterats ovan, inkluderar dessa produktionen av ozon i troposfären som en sekundär atmosfärisk förorening. Den primära rollen i detta fall är kväveoxid (IV), som under påverkan av ljus bildar syreradikaler. Dessa radikaler interagerar med syremolekyler, vilket resulterar i ozon.

Ozonbildning sker så länge det finns tillräckligt med ljus, eftersom NO kan interagera med syremolekyler för att bilda samma NO 2. Ansamling av ozon och andra sekundära luftföroreningar kan leda till fotokemisk smog.

Denna typ av reaktion inkluderar också den viktigaste processen som sker i växtceller - fotosyntes, vars namn talar för sig själv.

2. Strålningsreaktioner. De initieras av högenergistrålning - röntgenstrålning, kärnstrålning (γ-strålar, a-partiklar - He 2+, etc.). Med hjälp av strålningsreaktioner genomförs mycket snabb radiopolymerisation, radiolys (strålningssönderdelning) etc.

Till exempel, istället för tvåstegsproduktionen av fenol från bensen, kan den erhållas genom att reagera bensen med vatten under påverkan av strålning. I detta fall bildas radikalerna [OH] och [H] från vattenmolekyler, med vilka bensen reagerar för att bilda fenol:

C6H6 + 2[OH] → C6H5OH + H2O

Vulkanisering av gummi kan utföras utan svavel med radiovulkanisering, och det resulterande gummit blir inte sämre än traditionellt gummi.

3. Elektrokemiska reaktioner. De initieras av en elektrisk ström. Förutom de välkända elektrolysreaktionerna kommer vi även att indikera elektrosyntesreaktioner, till exempel reaktioner för industriell produktion av oorganiska oxidationsmedel

4. Termokemiska reaktioner. De initieras av termisk energi. Dessa inkluderar alla endotermiska reaktioner och många exoterma reaktioner, vars initiering kräver en initial tillförsel av värme, det vill säga initiering av processen.

Klassificeringen av kemiska reaktioner som diskuterats ovan återspeglas i diagrammet.

Klassificeringen av kemiska reaktioner, liksom alla andra klassificeringar, är villkorad. Forskare kom överens om att dela in reaktioner i vissa typer enligt de egenskaper de identifierade. Men de flesta kemiska omvandlingar kan klassificeras i olika typer. Låt oss till exempel karakterisera processen för ammoniaksyntes.

Detta är en sammansatt reaktion, redox, exoterm, reversibel, katalytisk, heterogen (mer exakt, heterogen-katalytisk), som inträffar med en minskning av trycket i systemet. För att framgångsrikt hantera processen är det nödvändigt att ta hänsyn till all information som tillhandahålls. En specifik kemisk reaktion är alltid multikvalitet och kännetecknas av olika egenskaper.

Klassificering av kemiska reaktioner i oorganisk och organisk kemi

Kemiska reaktioner, eller kemiska fenomen, är processer som leder till att av vissa ämnen bildas andra som skiljer sig från dem i sammansättning och (eller) struktur.

Under kemiska reaktioner sker nödvändigtvis en förändring av ämnen, där gamla bindningar bryts och nya bindningar bildas mellan atomer.

Kemiska reaktioner måste särskiljas från kärnreaktioner. Som ett resultat av en kemisk reaktion förändras inte det totala antalet atomer av varje kemiskt element och dess isotopsammansättning. Kärnreaktioner är en annan sak - processer för omvandling av atomkärnor som ett resultat av deras interaktion med andra kärnor eller elementära partiklar, till exempel omvandlingen av aluminium till magnesium:

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

Klassificeringen av kemiska reaktioner är mångfacetterad, d.v.s. det kan baseras på olika funktioner. Men vilken som helst av dessa egenskaper kan innefatta reaktioner mellan både oorganiska och organiska ämnen.

Låt oss överväga klassificeringen av kemiska reaktioner enligt olika kriterier.

Klassificering av kemiska reaktioner efter antal och sammansättning av reaktanter. Reaktioner som uppstår utan att ämnets sammansättning ändras

I oorganisk kemi inkluderar sådana reaktioner processerna för att erhålla allotropa modifieringar av ett kemiskt element, till exempel:

$С_((grafit))⇄С_((diamant))$

$S_((rhombic))⇄S_((monoklinisk))$

$Р_((vit))⇄Р_((röd))$

$Sn_((vit plåt))⇄Sn_((grå plåt))$

$3О_(2(syre))⇄2О_(3(ozon))$.

Inom organisk kemi kan denna typ av reaktion innefatta isomeriseringsreaktioner, som sker utan att inte bara ändra den kvalitativa utan också den kvantitativa sammansättningen av molekylerna av ämnen, till exempel:

1. Isomerisering av alkaner.

Isomeriseringsreaktionen av alkaner är av stor praktisk betydelse, eftersom kolväten med isostruktur har lägre förmåga att detonera.

2. Isomerisering av alkener.

3. Isomerisering av alkyner(reaktion av A.E. Favorsky).

4. Isomerisering av haloalkaner(A.E. Favorsky).

5. Isomerisering av ammoniumcyanat genom uppvärmning.

Urea syntetiserades första gången av F. Wöhler 1882 genom isomerisering av ammoniumcyanat vid upphettning.

Reaktioner som uppstår vid en förändring av ett ämnes sammansättning

Fyra typer av sådana reaktioner kan särskiljas: kombination, sönderdelning, substitution och utbyte.

1. Sammansatta reaktioner– Det är reaktioner där två eller flera ämnen bildar ett sammansatt ämne.

Inom oorganisk kemi kan hela mängden sammansatta reaktioner övervägas med hjälp av exemplet på reaktioner för produktion av svavelsyra från svavel:

1) erhållande av svaveloxid (IV):

$S+O_2=SO_2$ - en komplex substans bildas av två enkla substanser;

2) erhållande av svaveloxid (VI):

$2SO_2+O_2(⇄)↖(t,p,cat.)2SO_3$ - ett komplext ämne bildas av enkla och komplexa ämnen;

3) erhållande av svavelsyra:

$SO_3+H_2O=H_2SO_4$ - två komplexa ämnen bildar en komplex substans.

Ett exempel på en sammansatt reaktion där ett komplext ämne bildas av mer än två initiala ämnen är det sista steget för att producera salpetersyra:

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

Inom organisk kemi kallas sammanfogningsreaktioner vanligtvis för additionsreaktioner. Hela variationen av sådana reaktioner kan övervägas med exemplet med ett block av reaktioner som kännetecknar egenskaperna hos omättade ämnen, till exempel eten:

1) hydreringsreaktion - tillsats av väte:

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

2) hydratiseringsreaktion - tillsats av vatten:

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

3) polymerisationsreaktion:

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

2. Nedbrytningsreaktioner– Det är reaktioner där flera nya ämnen bildas av ett komplext ämne.

Inom oorganisk kemi kan alla sådana reaktioner övervägas med exemplet med ett block av reaktioner för att producera syre genom laboratoriemetoder:

1) nedbrytning av kvicksilver(II)oxid:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$ - två enkla bildas av en komplex substans;

2) nedbrytning av kaliumnitrat:

$2KNO_3(→)↖(t°)2KNO_2+O_2$ - av ett komplext ämne bildas ett enkelt och ett komplex;

3) nedbrytning av kaliumpermanganat:

$2KMnO_4(→)↖(t°)K_2MnO_4+MnO_2+O_2$ - av en komplex substans bildas två komplexa och en enkel, d.v.s. tre nya ämnen.

Inom organisk kemi kan nedbrytningsreaktioner övervägas med exemplet på ett block av reaktioner för produktion av eten i laboratoriet och industrin:

1) dehydreringsreaktion (eliminering av vatten) av etanol:

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

2) dehydreringsreaktion (eliminering av väte) av etan:

$CH_3—CH_3(→)↖(Cr_2O_3,500°C)CH_2=CH_2+H_2;$

3) propankrackningsreaktion:

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

3. Substitutionsreaktioner- dessa är reaktioner som leder till att atomer av ett enkelt ämne ersätter atomer av ett grundämne i ett komplext ämne.

Inom oorganisk kemi är ett exempel på sådana processer ett block av reaktioner som kännetecknar egenskaperna, till exempel hos metaller:

1) interaktion av alkali- och jordalkalimetaller med vatten:

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

2) interaktion av metaller med syror i lösning:

$Zn+2HCl=ZnCl_2+H_2$;

3) interaktion av metaller med salter i lösning:

$Fe+CuSO_4=FeSO_4+Cu;$

4) metallotermi:

$2Al+Cr_2O_3(→)↖(t°)Al_2O_3+2Cr$.

Ämnet för studiet av organisk kemi är inte enkla ämnen, utan bara föreningar. Därför, som ett exempel på en substitutionsreaktion, presenterar vi den mest karakteristiska egenskapen hos mättade föreningar, särskilt metan, förmågan hos dess väteatomer att ersättas av halogenatomer:

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

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

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

$CHCl_3+Cl_2→(CCl_4)↙(koltetraklorid)+HCl$.

Ett annat exempel är bromering av en aromatisk förening (bensen, toluen, anilin):

Låt oss vara uppmärksamma på det speciella med substitutionsreaktioner i organiska ämnen: som ett resultat av sådana reaktioner bildas inte ett enkelt och ett komplext ämne, som i oorganisk kemi, utan två komplexa ämnen.

I organisk kemi inkluderar substitutionsreaktioner också några reaktioner mellan två komplexa ämnen, till exempel nitrering av bensen:

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

Det är formellt en utbytesreaktion. Det faktum att detta är en substitutionsreaktion blir tydligt först när man överväger dess mekanism.

4. Utbyte reaktioner– Det är reaktioner där två komplexa ämnen byter ut sina beståndsdelar.

Dessa reaktioner kännetecknar elektrolyternas egenskaper och i lösningar fortskrider enligt Berthollets regel, d.v.s. endast om resultatet är bildning av en fällning, gas eller något dissocierande ämne (till exempel $H_2O$).

Inom oorganisk kemi kan detta vara ett block av reaktioner som kännetecknar till exempel egenskaperna hos alkalier:

1) neutraliseringsreaktion som uppstår med bildning av salt och vatten:

$NaOH+HNO_3=NaNO_3+H_2O$

eller i jonform:

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

2) reaktionen mellan alkali och salt, som sker med bildning av gas:

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

eller i jonform:

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

3) reaktionen mellan alkali och salt, som sker med bildandet av en fällning:

$CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2↓+K_2SO_4$

eller i jonform:

$Cu^(2+)+2OH^(-)=Cu(OH)_2↓$

Inom organisk kemi kan vi överväga ett block av reaktioner som kännetecknar till exempel egenskaperna hos ättiksyra:

1) reaktion som uppstår med bildandet av en svag elektrolyt - $H_2O$:

$CH_3COOH+NaOH⇄NaCH_3COO+H_2O$

$CH_3COOH+OH^(-)⇄CH_3COO^(-)+H_2O$;

2) reaktion som sker med bildning av gas:

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

3) reaktion som sker med bildandet av en fällning:

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

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

Klassificering av kemiska reaktioner enligt förändringar i oxidationstillstånd för kemiska grundämnen som bildar ämnen

Reaktioner som uppstår med en förändring i grundämnenas oxidationstillstånd, eller redoxreaktioner.

Dessa inkluderar många reaktioner, inklusive alla substitutionsreaktioner, såväl som de reaktioner av kombination och sönderdelning där minst en enkel substans är involverad, till exempel:

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

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktionsmedel)(→)↖(oxidation)(Mg)↖(+2)$

$((2H)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oxidationsmedel)(→)↖(reduktion)(H_2)↖(0)$

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

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktionsmedel)(→)↖(oxidation)(Mg)↖(+2)|4|2$

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

Som ni minns kompileras komplexa redoxreaktioner med hjälp av elektronbalansmetoden:

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

$((Fe)↖(0)-3(e)↖(-))↙(reduktionsmedel)(→)↖(oxidation)(Fe)↖(+3)|2$

$((S)↖(+6)+2(e)↖(-))↙(oxidationsmedel)(→)↖(reduktion)(S)↖(+4)|3$

Inom organisk kemi är ett slående exempel på redoxreaktioner egenskaperna hos aldehyder:

1. Aldehyder reduceras till motsvarande alkoholer:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(H_2)↖(0))↙(\text"ättiksdehyd") ( →)↖(Ni,t°)(CH_3-(C)↖(-1)(H_2)↖(+1)(O)↖(-2)(H)↖(+1))↙(\text " etylalkohol")$

$((C)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oxidationsmedel)(→)↖(reduktion)(C)↖(-1)|1$

$((H_2)↖(0)-2(e)↖(-))↙(reduktionsmedel)(→)↖(oxidation)2(H)↖(+1)|1$

2. Aldehyder oxideras till motsvarande syror:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(Ag_2)↖(+1)(O)↖(-2)) ↙(\text"ättiksdehyd"))(→)↖(t°)(CH_3-(Ag)↖(0)(C)↖(+3)(O)↖(-2)(OH)↖(-2) +1)+2(Ag)↖(0)↓)↙(\text"etylalkohol")$

$((C)↖(+1)-2(e)↖(-))↙(reduktionsmedel)(→)↖(oxidation)(C)↖(+3)|1$

$(2(Ag)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oxidationsmedel)(→)↖(reduktion)2(Ag)↖(0)|1$

Reaktioner som sker utan att oxidationstillstånden för kemiska grundämnen ändras.

Dessa inkluderar till exempel alla jonbytesreaktioner, såväl som:

• många sammansatta reaktioner:

$Li_2O+H_2O=2LiOH;$

• många nedbrytningsreaktioner:

$2Fe(OH)_3(→)↖(t°)Fe_2O_3+3H_2O;$

• förestringsreaktioner:

$HCOOH+CH_3OH⇄HCOOCH_3+H_2O$.

Klassificering av kemiska reaktioner efter termisk effekt

Baserat på den termiska effekten delas reaktioner in i exotermiska och endotermiska.

Exotermiska reaktioner.

Dessa reaktioner sker med frigörande av energi.

Dessa inkluderar nästan alla sammansatta reaktioner. Ett sällsynt undantag är den endotermiska reaktionen av syntesen av kväveoxid (II) från kväve och syre och reaktionen av vätgas med fast jod:

$N_2+O_2=2NO - Q$,

$H_(2(g))+I(2(t))=2HI - Q$.

Exotermiska reaktioner som uppstår vid frisättning av ljus klassificeras som förbränningsreaktioner, till exempel:

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

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

Hydrogenering av eten är ett exempel på en exoterm reaktion:

$CH_2=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3-CH_3+Q$

Den går i rumstemperatur.

Endotermiska reaktioner

Dessa reaktioner sker med absorption av energi.

Uppenbarligen inkluderar dessa nästan alla nedbrytningsreaktioner, till exempel:

a) förbränning av kalksten:

$CaCO_3(→)↖(t°)CaO+CO_2-Q;$

b) Butansprickning:

Mängden energi som frigörs eller absorberas som ett resultat av en reaktion kallas reaktionens termiska effekt, och ekvationen för en kemisk reaktion som indikerar denna effekt kallas termokemisk ekvation, Till exempel:

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

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

Klassificering av kemiska reaktioner enligt tillståndet för aggregation av de reagerande ämnena (fassammansättning)

Heterogena reaktioner.

Dessa är reaktioner där reaktanterna och reaktionsprodukterna befinner sig i olika aggregationstillstånd (i olika faser):

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

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

Homogena reaktioner.

Dessa är reaktioner där reaktanterna och reaktionsprodukterna är i samma aggregationstillstånd (i samma fas):

Klassificering av kemiska reaktioner enligt deltagande av en katalysator

Icke-katalytiska reaktioner.

Icke-katalytiska reaktioner inträffar utan deltagande av en katalysator:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$,

$C_2H_4+3O_2(→)↖(t°)2CO_2+2H_2O$.

Katalytiska reaktioner.

Katalytiska reaktioner pågår med deltagande av en katalysator:

$2KClO_3(→)↖(MnO_2,t°)2KCl+3O_2,$

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

Eftersom alla biologiska reaktioner som inträffar i cellerna hos levande organismer sker med deltagande av speciella biologiska katalysatorer av proteinnatur - enzymer, är de alla katalytiska eller, mer exakt, enzymatiska.

Det bör noteras att mer än $70%$ av kemisk industri använder katalysatorer.

Klassificering av kemiska reaktioner efter riktning

Irreversibla reaktioner.

Irreversibla reaktioner flöda under dessa förhållanden endast i en riktning.

Dessa inkluderar alla utbytesreaktioner åtföljda av bildning av en fällning, gas eller något dissocierande ämne (vatten), och alla förbränningsreaktioner.

Reversibla reaktioner.

Reversibla reaktioner under dessa förhållanden inträffar samtidigt i två motsatta riktningar.

Den överväldigande majoriteten av sådana reaktioner är.

I organisk kemi återspeglas tecknet på reversibilitet av antonymerna för processerna:

• hydrering - dehydrering;
• hydrering - uttorkning;
• polymerisation - depolymerisation.

Alla reaktioner av förestring (den motsatta processen kallas som du vet hydrolys) och hydrolys av proteiner, estrar, kolhydrater och polynukleotider är reversibla. Reversibilitet ligger till grund för den viktigaste processen i en levande organism - metabolism.

Ämnes kemiska egenskaper avslöjas i en mängd olika kemiska reaktioner.

Omvandlingar av ämnen som åtföljs av förändringar i deras sammansättning och (eller) struktur kallas kemiska reaktioner. Följande definition finns ofta: en kemisk reaktion är processen att omvandla initiala substanser (reagenser) till slutliga substanser (produkter).

Kemiska reaktioner skrivs med hjälp av kemiska ekvationer och diagram som innehåller formlerna för utgångsämnena och reaktionsprodukterna. I kemiska ekvationer, till skillnad från diagram, är antalet atomer i varje element detsamma på vänster och höger sida, vilket återspeglar lagen om bevarande av massa.

På vänster sida av ekvationen är formlerna för utgångsämnena (reagenser) skrivna, på höger sida - de ämnen som erhålls som ett resultat av den kemiska reaktionen (reaktionsprodukter, slutämnen). Likhetstecknet som förbinder vänster och höger sida indikerar att det totala antalet atomer av de ämnen som är involverade i reaktionen förblir konstant. Detta uppnås genom att placera heltals stökiometriska koefficienter framför formlerna, som visar de kvantitativa sambanden mellan reaktanterna och reaktionsprodukterna.

Kemiska ekvationer kan innehålla ytterligare information om reaktionens egenskaper. Om en kemisk reaktion inträffar under påverkan av yttre påverkan (temperatur, tryck, strålning, etc.), indikeras detta med lämplig symbol, vanligtvis ovanför (eller "under") likhetstecknet.

Ett stort antal kemiska reaktioner kan grupperas i flera typer av reaktioner, som har mycket specifika egenskaper.

Följande klassificeringskriterier kan väljas:

• 1. Antalet och sammansättningen av utgångsämnen och reaktionsprodukter.
• 2. Fysikaliskt tillstånd för reagenserna och reaktionsprodukterna.
• 3. Antalet faser där reaktionsdeltagarna befinner sig.
• 4. De överförda partiklarnas natur.
• 5. Möjlighet att reaktionen inträffar i riktning framåt och bakåt.
• 6. Tecknet för den termiska effekten delar in alla reaktioner i: exoterma reaktioner som sker med en exo-effekt - frigöring av energi i form av värme (Q>0, ?H

och endotermiska reaktioner som inträffar med endoeffekten - absorptionen av energi i form av värme (Q<0, ?H >0):

Sådana reaktioner klassificeras som termokemiska.

Låt oss ta en närmare titt på varje typ av reaktion.

Klassificering enligt antal och sammansättning av reagenser och slutämnen

1. Sammansatta reaktioner

När en förening reagerar från flera reagerande ämnen med relativt enkel sammansättning erhålls ett ämne med en mer komplex sammansättning:

I regel åtföljs dessa reaktioner av frigöring av värme, d.v.s. leda till bildning av mer stabila och mindre energirika föreningar.

Reaktioner av föreningar av enkla ämnen är alltid redox i naturen. Sammansatta reaktioner som uppstår mellan komplexa ämnen kan inträffa utan att valensen ändras:

och även klassificeras som redox:

2. Nedbrytningsreaktioner

Nedbrytningsreaktioner leder till bildandet av flera föreningar från ett komplext ämne:

A = B + C + D.

Nedbrytningsprodukterna av ett komplext ämne kan vara både enkla och komplexa ämnen. Av de nedbrytningsreaktioner som sker utan att ändra valenstillstånden är sönderdelningen av kristallina hydrater, baser, syror och salter av syrehaltiga syror anmärkningsvärt:

Redoxnedbrytningsreaktioner inkluderar nedbrytning av oxider, syror och salter som bildas av element i högre oxidationstillstånd:

Redoxnedbrytningsreaktioner är särskilt karakteristiska för salpetersyrasalter.

Nedbrytningsreaktioner i organisk kemi kallas sprickbildning:

eller dehydrering

3. Substitutionsreaktioner

I substitutionsreaktioner reagerar vanligtvis en enkel substans med en komplex och bildar en annan enkel substans och en annan komplex:

A + BC = AB + C.

Dessa reaktioner hör överväldigande till redoxreaktioner:

Exempel på substitutionsreaktioner som inte åtföljs av en förändring av atomernas valenstillstånd är extremt få. Det bör noteras reaktionen av kiseldioxid med salter av syrehaltiga syror, som motsvarar gasformiga eller flyktiga anhydrider:

CaCO3+ SiO2 = CaSiO3 + CO2,

Ibland betraktas dessa reaktioner som utbytesreaktioner:

4. Utbytesreaktioner

Utbytesreaktioner är reaktioner mellan två föreningar som byter ut sina beståndsdelar med varandra:

AB + CD = AD + CB.

Om redoxprocesser inträffar under substitutionsreaktioner sker alltid utbytesreaktioner utan att atomernas valenstillstånd ändras. Detta är den vanligaste gruppen av reaktioner mellan komplexa ämnen - oxider, baser, syror och salter:

Ett specialfall av dessa utbytesreaktioner är neutraliseringsreaktionen:

Vanligtvis följer dessa reaktioner lagarna för kemisk jämvikt och fortsätter i den riktning där åtminstone ett av ämnena avlägsnas från reaktionssfären i form av en gasformig, flyktig substans, fällning eller lågdissocierande (för lösningar) förening:

5. Överföringsreaktioner.

I överföringsreaktioner rör sig en atom eller grupp av atomer från en strukturell enhet till en annan:

Till exempel:

• 1. Kemiska reaktioner skiljer sig åt i antal och sammansättning av reaktanter:
  • a) reaktioner som inträffar utan att ändra sammansättningen av de interagerande ämnena: i oorganisk kemi är exempel på sådana kemiska reaktioner processerna för att ändra allotropa modifieringar av samma kemiska element (grafit omvandlas till diamant, syre till ozon);

inom organisk kemi är exempel på isomeriseringsreaktioner av alkaner, alkener, alkyner och andra, som sker utan att inte bara den kvalitativa, utan även den kvantitativa sammansättningen av reagenserna ändras.

• b) kemiska reaktioner som inträffar med en förändring i ämnens sammansättning: reaktioner av anslutning, substitution, utbyte och sönderdelning.
• 2. Reaktioner kan klassificeras efter förändringar i oxidationstillstånden för kemiska element som interagerar i en kemisk reaktion:
  • a) redoxkemiska reaktioner inträffar med en förändring i oxidationstillståndet;
  • b) reaktioner utan att ändra reaktanternas oxidationstillstånd.
• 3. Kemiska reaktioner delas också in efter den termiska effekten som är ett resultat av interaktioner mellan atomer eller molekyler:
  • a) exotermisk - med frigöring av värme (eller energi);
  • b) endotermisk - med energiabsorption.
• 4. Baserat på katalysatorns deltagande i interaktionsprocessen delas kemiska reaktioner in i katalytiska och icke-katalytiska (mer än 70 % av alla reaktioner är katalytiska).
• 5. Baserat på närvaron i reaktionen av ämnen i olika aggregationstillstånd delas kemiska reaktioner in i heterogena (reagenser och produkter är i olika aggregationstillstånd) och homogena (alla reaktanter och produkter finns i en fas).
• 6. Beroende på flödesriktningen kan kemiska reaktioner vara reversibla (går i båda riktningarna) eller irreversibla.
• 7. Det finns också en klassificering av kemiska reaktioner efter vilken typ av energi som initierar reaktionen: fotokemisk, strålning, termokemisk och elektrokemisk.
• 4. Faktorer som påverkar hastigheten för kemiska reaktioner
• 1. De reagerande ämnenas natur. De kemiska bindningarnas natur och reagensmolekylernas struktur spelar en viktig roll. Reaktioner går i riktning mot förstörelse av mindre starka bindningar och bildning av ämnen med starkare bindningar. Att bryta bindningar i H2- och N2-molekyler kräver därför höga energier; sådana molekyler är något reaktiva. Att bryta bindningar i högpolära molekyler (HCl, H2O) kräver mindre energi och reaktionshastigheten är mycket högre. Reaktioner mellan joner i elektrolytlösningar sker nästan omedelbart.

Fluor reagerar med väte explosivt vid rumstemperatur, brom reagerar långsamt med väte vid upphettning.

Kalciumoxid reagerar kraftigt med vatten och avger värme; kopparoxid - reagerar inte.

2. Koncentration. Med ökande koncentration (antalet partiklar per volymenhet) inträffar kollisioner av molekyler av reagerande ämnen oftare - reaktionshastigheten ökar.

Lagen om massverkan - hastigheten för en kemisk reaktion är direkt proportionell mot produkten av koncentrationerna av de reagerande ämnena.

För en enstegs homogen reaktion av typ A+B? reaktionsprodukter uttrycks denna lag med ekvationen:

där v är reaktionshastigheten; cA och cB - koncentrationer av ämnena A och B, mol/l;

k är en proportionalitetskoefficient som kallas reaktionshastighetskonstanten.

Reaktionshastighetskonstanten k beror på reaktanternas natur, temperatur och katalysator, men beror inte på koncentrationerna av reaktanterna.

Den fysiska betydelsen av hastighetskonstanten är att den är lika med reaktionshastigheten vid enhetskoncentrationer av reaktanterna.

För heterogena reaktioner ingår inte koncentrationen av den fasta fasen i uttrycket av reaktionshastigheten.

3. Temperatur. För varje temperaturökning på 10°C ökar reaktionshastigheten 2-4 gånger (van't Hoffs regel). När temperaturen ökar från t1 till t2 kan förändringen i reaktionshastigheten beräknas med formeln:

(där Vt2 och Vt1 är reaktionshastigheterna vid temperaturerna t2 respektive t1; g är temperaturkoefficienten för denna reaktion).

Van't Hoffs regel gäller endast i ett smalt temperaturområde. Mer exakt är Arrhenius-ekvationen:

där A är en konstant beroende på de reagerande ämnenas natur;

R är den universella gaskonstanten;

Ea är aktiveringsenergin, dvs. den energi som kolliderande molekyler måste ha för att kollisionen ska leda till en kemisk omvandling.

Energidiagram av en kemisk reaktion.

Ris. 1

A - reagens, B - aktiverat komplex (övergångstillstånd), C - produkter.

Ju högre aktiveringsenergin Ea är, desto mer ökar reaktionshastigheten med ökande temperatur.

• 4. Kontaktyta på reagerande ämnen. För heterogena system (när ämnen befinner sig i olika aggregationstillstånd), ju större kontaktyta desto snabbare sker reaktionen. Ytarean av fasta ämnen kan ökas genom att mala dem och för lösliga ämnen genom att lösa upp dem.
• 5. Katalys. Ämnen som deltar i reaktioner och ökar dess hastighet, förblir oförändrade i slutet av reaktionen, kallas katalysatorer. Katalysatorernas verkningsmekanism är förknippad med en minskning av reaktionens aktiveringsenergi på grund av bildandet av mellanliggande föreningar. Vid homogen katalys utgör reagensen och katalysatorn en fas (är i samma aggregationstillstånd i heterogen katalys, de är olika faser (är i olika aggregationstillstånd). I vissa fall kan förekomsten av oönskade kemiska processer bromsas kraftigt genom att tillsätta inhibitorer till reaktionsmediet (fenomenet "negativ katalys").
• 5. Lag om kemisk jämvikt

Kemisk jämvikt är ett tillstånd i ett kemiskt system där en eller flera kemiska reaktioner inträffar reversibelt, och hastigheterna i varje framåt-bakåt reaktionspar är lika. För ett system i kemisk jämvikt förändras inte koncentrationerna av reagenser, temperatur och andra parametrar i systemet över tiden.

I ett tillstånd av jämvikt blir hastigheten för framåt- och bakåtreaktioner lika.

Läget för kemisk jämvikt beror på följande reaktionsparametrar: temperatur, tryck och koncentration. Det inflytande som dessa faktorer har på en kemisk reaktion är föremål för ett mönster som uttrycktes i allmänna termer 1885 av den franske vetenskapsmannen Le Chatelier.

I varje reversibel reaktion motsvarar en av riktningarna en exoterm process och den andra en endoterm process.

Framreaktionen är exoterm och den omvända reaktionen är endoterm.

Effekten av temperaturförändringar på läget för den kemiska jämvikten är föremål för följande regler: När temperaturen ökar skiftar den kemiska jämvikten i den endotermiska reaktionens riktning, och när temperaturen minskar, i riktning mot den exoterma reaktionen.

I alla reaktioner som involverar gasformiga ämnen, åtföljda av en förändring i volym på grund av en förändring av mängden ämne under övergången från utgångsämnen till produkter, påverkas jämviktsläget av trycket i systemet.

Tryckets påverkan på jämviktspositionen är föremål för följande regler: Med ökande tryck skiftar jämvikten mot bildandet av ämnen (eller utgångsprodukter) med en mindre volym; när trycket minskar skiftar jämvikten mot bildandet av ämnen med större volym:

Under övergången från utgångsämnen till produkter halverades således volymen gaser.

Koncentrationens inverkan på jämviktstillståndet är föremål för följande regler:

När koncentrationen av ett av utgångsämnena ökar skiftar jämvikten mot bildning av reaktionsprodukter;

När koncentrationen av en av reaktionsprodukterna ökar skiftar jämvikten mot bildandet av utgångsämnena.