Kemiallinen reaktio on aineiden muutosprosessi, jonka aikana niiden rakenteessa tai koostumuksessa havaitaan muutos. Tällaisen prosessin seurauksena lähtöaineet tai reagenssit siirtyvät lopputuotteisiin. Tähän mennessä on muodostettu hyvin selkeä luokittelu kemialliset reaktiot.

Reaktioiden kuvaus yhtälöiden avulla. Merkkejä kemiallisista reaktioista

Luokituksia on useita, joista jokainen ottaa huomioon yhden tai useamman ominaisuuden. Esimerkiksi kemialliset reaktiot voidaan jakaa kiinnittämällä huomiota:

• reagenssien ja lopputuotteiden määrä ja koostumus;
• alku- ja loppuaineiden aggregaatiotila (kaasu, neste, kiinteä muoto);
• vaiheiden lukumäärä;
• reaktion aikana siirtyvien hiukkasten luonne (ioni, elektroni);
• lämpövaikutus;
• mahdollisuutta, että reaktio etenee vastakkaiseen suuntaan.

On syytä huomata, että kemialliset reaktiot kirjoitetaan yleensä kaavoilla ja yhtälöillä. Jossa vasen puoli yhtälö kuvaa lähtöaineiden koostumusta ja niiden vuorovaikutuksen luonnetta ja oikealla puolella näet lopputuotteet. Toinen erittäin tärkeä pointti- kunkin alkuaineen atomien lukumäärän oikealla ja vasemmalla on oltava yhtä suuri. Tämä on ainoa tapa säilyttää

Kuten jo mainittiin, luokituksia on monia. Yleisimmin käytettyjä käsitellään täällä.

Kemiallisten reaktioiden luokittelu koostumuksen, alku- ja lopputuotteiden määrän mukaan

Niihin tulee useita aineita, jotka yhdistyvät muodostaen monimutkaisemman aineen. Useimmissa tapauksissa tähän reaktioon liittyy lämmön vapautuminen.

Alkureagenssi on monimutkainen yhdiste, joka muodostaa hajoamisprosessissa useita yksinkertaisempia aineita. Tällaiset reaktiot voivat olla sekä redox-reaktioita että tapahtua ilman valenssin muutosta.

Substituutioreaktiot - edustavat monimutkaisen ja yksinkertaisen aineen välistä vuorovaikutusta. Prosessissa tapahtuu minkä tahansa monimutkaisen aineen atomin substituutio. Kaavamaisesti reaktio voidaan esittää seuraavasti:

A + BC = AB + C

Vaihtoreaktio on prosessi, jonka aikana kaksi lähtöainetta vaihtavat aineosia keskenään. Esimerkiksi:

AB + SD = AD + SW

Siirtoreaktiolle on tunnusomaista atomin tai atomiryhmän siirtyminen aineesta toiseen.

Kemiallisten reaktioiden luokitus: palautuvat ja irreversiibelit prosessit

Toinen tärkeä reaktioiden ominaisuus on käänteisen prosessin mahdollisuus.

Joten tällaisia ​​reaktioita kutsutaan palautuviksi, joiden tuotteet voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa muodostaen samat alkuaineet. Tämä ominaisuus on yleensä näytettävä yhtälössä. Tässä tapauksessa vasemman ja väliin oikea puoli yhtälöt asettavat kaksi vastakkaiseen suuntaan suunnattua nuolta.

Peruuttamattomassa kemiallisessa reaktiossa sen tuotteet eivät pysty reagoimaan toistensa kanssa - ainakaan silloin normaaleissa olosuhteissa.

Kemiallisten reaktioiden luokitus lämpövaikutus

Termokemialliset reaktiot jaetaan kahteen pääryhmään:

• eksotermiset prosessit, joiden aikana vapautuu lämpöä (energiaa);
• endotermiset prosessit, jotka vaativat energian imeytymistä ulkopuolelta.

Kemiallisten reaktioiden luokittelu faasien lukumäärän ja faasiominaisuuksien mukaan

Kuten jo mainittiin, aineilla on myös suuri merkitys täydelliset ominaisuudet kemiallinen reaktio. Näiden merkkien mukaan on tapana erottaa:

• kaasureaktiot;
• reaktiot liuoksissa;
• kemiallisia prosesseja välillä

Mutta alku- ja lopputuotteet eivät aina kuulu mihinkään yhteen aggregaatiotilaan. Siksi reaktiot luokitellaan myös vaiheiden lukumäärän perusteella:

• yksifaasiset eli homogeeniset reaktiot ovat prosesseja, joiden tuotteet ovat samassa tilassa (useimmissa tapauksissa tällainen reaktio etenee joko kaasufaasissa tai liuoksessa);
• (monivaiheinen) - reagenssit ja lopputuotteet voivat olla eri aggregaatiotilassa.

Kemialliset reaktiot tulee erottaa ydinreaktioista. Kemiallisten reaktioiden seurauksena kokonaismäärä kunkin kemiallisen alkuaineen atomit ja sen isotooppinen koostumus eivät muutu. Ydinreaktiot ovat toinen asia - atomiytimien muutosprosessit niiden vuorovaikutuksen seurauksena muiden ytimien tai alkuainehiukkasten kanssa, esimerkiksi alumiinin muuttuminen magnesiumiksi:

27 13 Al + 1 1 H \u003d 24 12 Mg + 4 2 He

Kemiallisten reaktioiden luokitus on monitahoinen, eli se voi perustua erilaisia ​​merkkejä. Mutta minkä tahansa näistä merkeistä voidaan katsoa johtuvan sekä epäorgaanisten että orgaanisten aineiden välisistä reaktioista.

Harkitse kemiallisten reaktioiden luokittelua eri kriteerien mukaan.

I. Reagenssien lukumäärän ja koostumuksen mukaan

Reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta aineiden koostumusta.

Ei sisällä orgaaninen kemia tällaisiin reaktioihin kuuluvat prosessit, joilla saadaan allotrooppisia modifikaatioita yhdestä kemiallisesta alkuaineesta, esimerkiksi:

C (grafiitti) ↔ C (timantti)
S (rombinen) ↔ S (monokliininen)
R (valkoinen) ↔ R (punainen)
Sn (valkoinen tina) ↔ Sn (harmaa tina)
3O 2 (happi) ↔ 2O 3 (otsoni)

Orgaanisessa kemiassa tämän tyyppiset reaktiot voivat sisältää isomerointireaktioita, jotka tapahtuvat muuttamatta paitsi aineiden molekyylien kvalitatiivista, myös kvantitatiivista koostumusta, esimerkiksi:

1. Alkaanien isomerointi.

Alkaanien isomeroitumisreaktiolla on suuri käytännön merkitys, koska isorakenteen hiilivedyillä on pienempi räjähdyskyky.

2. Alkeenien isomerointi.

3. Alkyenien isomerointi (A. E. Favorskyn reaktio).

CH 3 - CH 2 - C \u003d - CH ↔ CH 3 - C \u003d - C- CH 3

etyyliasetyleenidimetyyliasetyleeni

4. Halogeenialkaanien isomerointi (A.E. Favorsky, 1907).

5. Ammoniumsyaniitin isomeroituminen kuumentamalla.

F. Wehler syntetisoi urean ensimmäisen kerran vuonna 1828 isomeroimalla ammoniumsyanaattia kuumennettaessa.

Reaktiot, jotka liittyvät aineen koostumuksen muutokseen

Tällaisia ​​reaktioita on neljää tyyppiä: yhdisteet, hajoamiset, substituutiot ja vaihdot.

1. Kytkentäreaktiot ovat sellaisia ​​reaktioita, joissa kahdesta tai useammasta aineesta muodostuu yksi monimutkainen aine

Epäorgaanisessa kemiassa voidaan tarkastella kaikkia erilaisia ​​yhdistereaktioita, esimerkiksi käyttämällä esimerkkiä reaktioista rikkihapon saamiseksi rikistä:

1. Rikkioksidin (IV) saaminen:

S + O 2 \u003d SO - yksi monimutkainen aine muodostuu kahdesta yksinkertaisesta aineesta.

2. Rikkioksidin (VI) saaminen:

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - yksi monimutkainen aine muodostuu yksinkertaisesta ja monimutkaisesta aineesta.

3. Rikkihapon saaminen:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - yksi kompleksi muodostuu kahdesta monimutkaisesta aineesta.

Esimerkki yhdistereaktiosta, jossa yksi monimutkainen aine muodostuu useammasta kuin kahdesta lähtöaineesta, on typpihapon valmistuksen viimeinen vaihe:

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3

Orgaanisessa kemiassa yhdistereaktioita kutsutaan yleisesti "lisäysreaktioksi". Tällaisten reaktioiden koko valikoima voidaan tarkastella esimerkissä reaktiolohkosta, joka luonnehtii tyydyttymättömien aineiden, esimerkiksi eteenin, ominaisuuksia:

1. Hydrausreaktio - vedyn lisäys:

CH2 \u003d CH2 + H2 → H3-CH3

eteeni → etaani

2. Hydratointireaktio - veden lisääminen.

3. Polymerointireaktio.

2. Hajoamisreaktiot ovat sellaisia ​​reaktioita, joissa yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu useita uusia aineita.

Epäorgaanisessa kemiassa monenlaisia ​​tällaisia ​​reaktioita voidaan tarkastella reaktiolohkossa hapen saamiseksi laboratoriomenetelmillä:

1. Elohopea(II)oksidin hajoaminen - yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu kaksi yksinkertaista.

2. Kaliumnitraatin hajoaminen - yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu yksi yksinkertainen ja yksi kompleksi.

3. Kaliumpermanganaatin hajoaminen - yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu kaksi monimutkaista ja yksi yksinkertainen, eli kolme uutta ainetta.

Orgaanisessa kemiassa hajoamisreaktiot voidaan ottaa huomioon eteenin tuotannon laboratoriossa ja teollisuudessa:

1. Etanolin dehydraatioreaktio (veden pilkkominen):

C 2 H 5OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2. Etaanin dehydrausreaktio (vedyn halkaisu):

CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2

tai CH3-CH3 → 2C + ZH2

3. Propaanin krakkausreaktio (halkeaminen):

CH3-CH2-CH3 → CH2 \u003d CH2 + CH4

3. Substituutioreaktiot ovat sellaisia ​​reaktioita, joiden seurauksena atomit yksinkertainen aine korvaa monimutkaisen aineen alkuaineen atomit.

Epäorgaanisessa kemiassa esimerkki tällaisista prosesseista on reaktiolohko, joka luonnehtii esimerkiksi metallien ominaisuuksia:

1. Alkali- tai maa-alkalimetallien vuorovaikutus veden kanssa:

2Na + 2H 2O \u003d 2NaOH + H2

2. Metallien vuorovaikutus liuoksessa olevien happojen kanssa:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

3. Metallien vuorovaikutus liuoksessa olevien suolojen kanssa:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. Metallilämpö:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr

Orgaanisen kemian tutkimuksen kohteena eivät ole yksinkertaiset aineet, vaan vain yhdisteet. Siksi esimerkkinä substituutioreaktiosta annamme tyydyttyneiden yhdisteiden, erityisesti metaanin, tyypillisimmän ominaisuuden, sen vetyatomien kyvyn korvata halogeeniatomeilla. Toinen esimerkki on aromaattisen yhdisteen (bentseeni, tolueeni, aniliini) bromaus.

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr

bentseeni → bromibentseeni

Kiinnitäkäämme huomiota substituutioreaktion erikoisuuteen osoitteessa eloperäinen aine: tällaisten reaktioiden seurauksena ei muodostu yksinkertaista ja monimutkaista ainetta, kuten epäorgaanisessa kemiassa, vaan kahta monimutkaista ainetta.

Orgaanisessa kemiassa substituutioreaktioihin sisältyy myös joitain kahden monimutkaisen aineen välisiä reaktioita, esimerkiksi bentseenin nitraus. Se on muodollisesti vaihtoreaktio. Se, että tämä on substituutioreaktio, käy selväksi vasta kun tarkastellaan sen mekanismia.

4. Vaihtoreaktiot ovat sellaisia ​​reaktioita, joissa kaksi monimutkaista ainetta vaihtavat aineosaan

Nämä reaktiot karakterisoivat elektrolyyttien ominaisuuksia ja etenevät liuoksissa Berthollet-säännön mukaisesti, eli vain jos seurauksena muodostuu sakka, kaasu tai vähän dissosioituva aine (esim. H 2 O).

Epäorgaanisessa kemiassa tämä voi olla reaktiolohko, joka luonnehtii esimerkiksi alkalien ominaisuuksia:

1. Neutralointireaktio, joka liittyy suolan ja veden muodostumiseen.

2. Alkalin ja suolan välinen reaktio, joka liittyy kaasun muodostumiseen.

3. Alkalin ja suolan välinen reaktio, joka liittyy sakan muodostumiseen:

СuSO 4 + 2KOH \u003d Cu (OH) 2 + K 2 SO 4

tai ionisessa muodossa:

Cu 2+ + 2OH - \u003d Cu (OH) 2

Orgaanisessa kemiassa voidaan harkita reaktiolohkoa, joka luonnehtii esimerkiksi etikkahapon ominaisuuksia:

1. Reaktio, jossa muodostuu heikko elektrolyytti - H 2 O:

CH 3COOH + NaOH → Na (CH3COO) + H 2 O

2. Reaktio, joka tapahtuu kaasun muodostumisen kanssa:

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

3. Reaktio, joka etenee sakan muodostuessa:

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

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

II. Muuttamalla hapetusasteita kemiallisia alkuaineita, muodostavat aineita

Tämän perusteella erotetaan seuraavat reaktiot:

1. Reaktiot, jotka tapahtuvat alkuaineiden hapetusasteiden muuttuessa tai redox-reaktiot.

Näihin kuuluvat monet reaktiot, mukaan lukien kaikki substituutioreaktiot, sekä ne yhdistelmä- ja hajoamisreaktiot, joihin osallistuu ainakin yksi yksinkertainen aine, esimerkiksi:

1. Mg 0 + H + 2 SO 4 \u003d Mg + 2 SO 4 + H 2

2. 2Mg0 + 002 = Mg +20-2

Monimutkaiset redox-reaktiot kootaan elektronitasapainomenetelmällä.

2KMn +704 + 16HCl - \u003d 2KCl - + 2Mn +2Cl-2 + 5Cl02 + 8H2O

Orgaanisessa kemiassa loistava esimerkki redox-reaktiot voivat toimia aldehydien ominaisuuksina.

1. Ne pelkistetään vastaaviksi alkoholeiksi:

Aldesidit hapetetaan vastaaviksi hapoiksi:

2. Reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta kemiallisten alkuaineiden hapetusasteita.

Näitä ovat esimerkiksi kaikki ioninvaihtoreaktiot, samoin kuin monet yhdistereaktiot, monet hajoamisreaktiot, esteröintireaktiot:

HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O

III. Lämpövaikutuksella

Lämpövaikutuksen mukaan reaktiot jaetaan eksotermisiin ja endotermisiin.

1. Eksotermiset reaktiot etenevät energian vapautuessa.

Näitä ovat lähes kaikki yhdistereaktiot. harvinainen poikkeus muodostavat typpioksidin (II) synteesin endotermiset reaktiot typestä ja hapesta ja kaasumaisen vedyn reaktiosta kiinteän jodin kanssa.

Eksotermisiä reaktioita, jotka etenevät valon vapautuessa, kutsutaan palamisreaktioksi. Eteenin hydraus on esimerkki eksotermisestä reaktiosta. Se toimii huoneenlämmössä.

2. Endotermiset reaktiot etenevät energian absorptiolla.

Ilmeisesti melkein kaikki hajoamisreaktiot koskevat niitä, esimerkiksi:

1. Kalkkikiven kalsinointi

2. Butaanihalkeilu

Reaktion seurauksena vapautuvaa tai absorboitunutta energiaa kutsutaan reaktion lämpövaikutukseksi, ja tätä vaikutusta osoittavaa kemiallisen reaktion yhtälöä kutsutaan termokemialliseksi yhtälöksi:

H 2 (g) + C 12 (g) \u003d 2HC 1 (g) + 92,3 kJ

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g) - 90,4 kJ

IV. Reagoivien aineiden aggregaatiotilan mukaan (faasikoostumus)

Reagoivien aineiden aggregaatiotilan mukaan on:

1. Heterogeeniset reaktiot - reaktiot, joissa lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat eri aggregaatiotilassa (eri vaiheissa).

2. Homogeeniset reaktiot - reaktiot, joissa lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat samassa aggregaatiotilassa (yhdessä faasissa).

V. Katalyytin osallistumisen mukaan

Katalyytin osallistumisen mukaan on:

1. Ei-katalyyttiset reaktiot, jotka tapahtuvat ilman katalyytin osallistumista.

2. Katalyyttiset reaktiot, jotka tapahtuvat katalyytin mukana. Koska kaikki elävien organismien soluissa tapahtuvat biokemialliset reaktiot tapahtuvat erityisten proteiiniluonteisten biologisten katalyyttien - entsyymien - osallistumisen kautta, ne kaikki kuuluvat katalyyttisiin tai tarkemmin sanottuna entsymaattisiin. On huomattava, että yli 70 % kemianteollisuudesta käyttää katalyyttejä.

VI. Kohti

Suunnan mukaan on:

1. Irreversiibelit reaktiot etenevät tietyissä olosuhteissa vain yhteen suuntaan. Näitä ovat kaikki vaihtoreaktiot, joihin liittyy sakan, kaasun tai vähän dissosioituvan aineen (veden) muodostuminen, sekä kaikki palamisreaktiot.

2. Reversiibelit reaktiot näissä olosuhteissa etenevät samanaikaisesti kahteen vastakkaiseen suuntaan. Suurin osa näistä reaktioista on.

Orgaanisessa kemiassa kääntyvyyden merkki heijastuu prosessien nimissä - antonyymeissä:

Hydraus - dehydraus,

Nesteytys - kuivuminen,

Polymerointi - depolymerointi.

Kaikki esteröintireaktiot ovat palautuvia (vastakohtaista prosessia, kuten tiedätte, kutsutaan hydrolyysiksi) ja proteiinien, esterien, hiilihydraattien, polynukleotidien hydrolyysi. Näiden prosessien palautuvuus on taustalla tärkein omaisuus elävä organismi - aineenvaihdunta.

VII. Virtausmekanismin mukaan on:

1. Reaktion aikana muodostuneiden radikaalien ja molekyylien välillä tapahtuu radikaalireaktioita.

Kuten jo tiedät, kaikissa reaktioissa vanhat rikkoutuvat ja uusia muodostuu. kemialliset sidokset. Menetelmä, jolla sidos katkaistaan ​​lähtöaineen molekyyleissä, määrittää reaktion mekanismin (polun). Jos aine muodostuu kovalenttisesta sidoksesta, tämän sidoksen katkaisemiseen voi olla kaksi tapaa: hemolyyttinen ja heterolyyttinen. Esimerkiksi Cl 2:n, CH 4:n jne. molekyyleille toteutuu sidosten hemolyyttinen repeämä, joka johtaa hiukkasten muodostumiseen parittomien elektronien kanssa, toisin sanoen vapaita radikaaleja.

Radikaalit muodostuvat useimmiten katketessa sidoksia, joissa jaetut elektroniparit jakautuvat suunnilleen tasaisesti atomien kesken (ei-polaarinen kovalenttinen sidos), mutta monet polaariset sidokset voivat myös katketa ​​samalla tavalla, erityisesti kun reaktio tapahtuu kaasufaasissa ja valon vaikutuksesta, kuten esimerkiksi edellä käsiteltyjen prosessien tapauksessa - C12:n ja CH4:n vuorovaikutus. Radikaalit ovat erittäin reaktiivisia, koska niillä on taipumus täydentää elektronikerrosta ottamalla elektroni toisesta atomista tai molekyylistä. Esimerkiksi kun klooriradikaali törmää vetymolekyyliin, se rikkoo jaetun elektroniparin, joka sitoo vetyatomit ja muodostaa kovalenttisen sidoksen yhden vetyatomin kanssa. Toinen vetyatomi, josta tulee radikaali, muodostaa yhteisen elektronipari klooriatomin parittoman elektronin kanssa romahtavasta Cl 2 -molekyylistä, mikä johtaa klooriradikaaliin, joka hyökkää uuteen vetymolekyyliin jne.

Reaktioita, jotka ovat peräkkäisten muunnosten ketju, kutsutaan ketjureaktioksi. Ketjureaktioteorian kehittämisestä kaksi erinomaista kemistiä - maanmiehimme N. N. Semenov ja englantilainen S. A. Hinshelwood saivat Nobel-palkinnon.
Kloorin ja metaanin välinen substituutioreaktio etenee samalla tavalla:

Suurin osa orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden palamisreaktioista, veden, ammoniakin synteesi, eteenin, vinyylikloridin jne. polymeroituminen etenee radikaalimekanismin mukaan.

2. Ionireaktiot tapahtuvat jo olemassa olevien tai reaktion aikana muodostuneiden ionien välillä.

Tyypilliset ionireaktiot ovat liuoksessa olevien elektrolyyttien välisiä vuorovaikutuksia. Ioneja ei muodostu vain elektrolyyttien dissosioitumisen aikana liuoksissa, vaan myös sähköpurkausten, lämmityksen tai säteilyn vaikutuksesta. Esimerkiksi y-säteet muuttavat vesi- ja metaanimolekyylejä molekyyli-ioneiksi.

Toisen ionimekanismin mukaan tapahtuu reaktioita vetyhalogenidien, vedyn, halogeenien lisäämisestä alkeeneihin, alkoholien hapettumiseen ja dehydraatioon, alkoholihydroksyylin korvaamiseen halogeenilla; aldehydien ja happojen ominaisuuksia kuvaavat reaktiot. Ionit muodostuvat tässä tapauksessa kovalenttisten polaaristen sidosten heterolyyttisellä katkeamisella.

VIII. Energiatyypin mukaan

reaktion aloittaessa on:

1. Fotokemialliset reaktiot. Ne saavat alkunsa valoenergiasta. Edellä mainittujen HCl-synteesin valokemiallisten prosessien tai metaanin reaktion kloorin lisäksi ne sisältävät otsonin muodostumisen troposfäärissä toissijaisena ilmansaasteena. Tässä tapauksessa typpioksidi (IV) toimii ensisijaisena, joka muodostaa happiradikaaleja valon vaikutuksesta. Nämä radikaalit ovat vuorovaikutuksessa happimolekyylien kanssa, mikä johtaa otsonia.

Otsonin muodostuminen jatkuu niin kauan kuin valoa on riittävästi, koska NO voi olla vuorovaikutuksessa happimolekyylien kanssa muodostaen saman NO 2:n. Otsonin ja muiden ilman epäpuhtauksien kerääntyminen voi johtaa valokemialliseen savusumuun.

Tämäntyyppinen reaktio sisältää myös tärkeimmän kasvisoluissa tapahtuvan prosessin - fotosynteesin, jonka nimi puhuu puolestaan.

2. Säteilyreaktiot. Ne alkavat korkean energian säteilystä - röntgenkuvat, ydinsäteily (γ-säteet, a-hiukkaset - He 2+ jne.). Säteilyreaktioiden avulla suoritetaan erittäin nopea radiopolymerointi, radiolyysi (säteilyn hajoaminen) jne.

Esimerkiksi fenolin kaksivaiheisen tuotannon sijaan bentseenistä se voidaan saada bentseenin vuorovaikutuksella veden kanssa säteilyn vaikutuksesta. Tässä tapauksessa vesimolekyyleistä muodostuu radikaaleja [OH] ja [H], joiden kanssa bentseeni reagoi muodostaen fenolia:

C6H6 + 2 [OH] → C6H5OH + H2O

Kumin vulkanointi voidaan suorittaa ilman rikkiä käyttämällä radiovulkanointia, ja tuloksena oleva kumi ei ole huonompi kuin perinteinen kumi.

3. Sähkökemialliset reaktiot. Ne käynnistyvät sähkövirralla. Tunnettujen elektrolyysireaktioiden lisäksi esittelemme myös sähkösynteesin reaktiot, esimerkiksi epäorgaanisten hapettimien teollisen tuotannon reaktiot.

4. Termokemialliset reaktiot. Ne on vihitty lämpöenergia. Näihin kuuluvat kaikki endotermiset reaktiot ja monet eksotermiset reaktiot, jotka vaativat alkulämmön syöttöä eli prosessin käynnistämistä.

Yllä oleva kemiallisten reaktioiden luokittelu näkyy kaaviossa.

Kemiallisten reaktioiden luokitus, kuten kaikki muutkin luokitukset, on ehdollinen. Tutkijat sopivat jakavansa reaktiot tiettyihin tyyppeihin tunnistamiensa merkkien mukaan. Mutta useimmat kemialliset muutokset voidaan selittää eri tyyppejä. Kuvataanpa esimerkiksi ammoniakin synteesiprosessia.

Tämä on yhdistereaktio, redox, eksoterminen, palautuva, katalyyttinen, heterogeeninen (tarkemmin heterogeeninen katalyytti), joka etenee järjestelmän paineen laskulla. Prosessin hallitsemiseksi onnistuneesti kaikki yllä olevat tiedot on otettava huomioon. Tietty kemiallinen reaktio on aina monilaatuinen, sille on ominaista erilaiset ominaisuudet.

MÄÄRITELMÄ

Kemiallinen reaktio kutsutaan aineiden muutokseksi, jossa niiden koostumus ja (tai) rakenne muuttuvat.

Useimmiten kemialliset reaktiot ymmärretään prosessiksi, jossa alkuperäiset aineet (reagenssit) muuttuvat lopullisiksi aineiksi (tuotteiksi).

Kemialliset reaktiot kirjoitetaan kemiallisilla yhtälöillä, jotka sisältävät lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden kaavat. Massan säilymisen lain mukaan kunkin alkuaineen atomien lukumäärä kemiallisen yhtälön vasemmalla ja oikealla puolella on sama. Yleensä lähtöaineiden kaavat kirjoitetaan yhtälön vasemmalle puolelle ja tulojen kaavat oikealle. Yhtälön vasemman ja oikean osan kunkin alkuaineen atomien lukumäärän yhtäläisyys saavutetaan sijoittamalla stökiömetriset kokonaisluvut aineiden kaavojen eteen.

Kemialliset yhtälöt voivat sisältää lisäinformaatio reaktion ominaisuuksista: lämpötila, paine, säteily jne., joka on merkitty vastaavalla symbolilla yhtäläisyysmerkin yläpuolella (tai "alla").

Kaikki kemialliset reaktiot voidaan ryhmitellä useisiin luokkiin, joilla on tietyt ominaisuudet.

Kemiallisten reaktioiden luokitus lähtö- ja tuloksena olevien aineiden lukumäärän ja koostumuksen mukaan

Tämän luokituksen mukaan kemialliset reaktiot jaetaan yhdistelmä-, hajoamis-, substituutio- ja vaihtoreaktioihin.

Tuloksena yhdistereaktiot kahdesta tai useammasta (monimutkaisesta tai yksinkertaisesta) aineesta muodostuu yksi uusi aine. AT yleisnäkymä Tällaisen kemiallisen reaktion yhtälö näyttää tältä:

Esimerkiksi:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

2Mg + O 2 \u003d 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Yhdistelmäreaktiot ovat useimmissa tapauksissa eksotermisiä, ts. virtaa lämmön vapautuessa. Jos reaktiossa on mukana yksinkertaisia ​​aineita, niin tällaiset reaktiot ovat useimmiten redox-reaktiota (ORD), ts. esiintyy alkuaineiden hapetustilojen muuttuessa. On mahdotonta sanoa yksiselitteisesti, voidaanko yhdisteen reaktio monimutkaisten aineiden välillä katsoa OVR:n ansioksi.

Reaktiot, joissa yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu useita muita uusia aineita (monimutkaisia ​​tai yksinkertaisia), luokitellaan hajoamisreaktiot. Yleisesti ottaen kemiallisen hajoamisreaktion yhtälö näyttää tältä:

Esimerkiksi:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O \u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 \u003d SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 \u003d 2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)

Useimmat hajoamisreaktiot etenevät kuumentamalla (1,4,5). Voi hajota sähkövirta(2). Kiteisten hydraattien, happojen, emästen ja happea sisältävien happojen (1, 3, 4, 5, 7) suolojen hajoaminen etenee muuttamatta alkuaineiden hapetusasteita, ts. nämä reaktiot eivät koske OVR:ää. OVR-hajoamisreaktiot sisältävät korkeammissa hapetusasteissa olevien alkuaineiden muodostamien oksidien, happojen ja suolojen hajoamisen (6).

Hajoamisreaktioita löytyy myös orgaanisesta kemiasta, mutta muilla nimillä - krakkaus (8), dehydraus (9):

C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)

C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2 H 2 (9)

klo korvausreaktiot yksinkertainen aine on vuorovaikutuksessa monimutkaisen aineen kanssa muodostaen uuden yksinkertaisen ja uuden monimutkaisen aineen. Yleensä kemiallisen substituutioreaktion yhtälö näyttää tältä:

Esimerkiksi:

2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (2)

2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2 (3)

2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2 (4)

CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)

Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5 (6)

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + Hcl (7)

Substituutioreaktiot ovat enimmäkseen redox-reaktioita (1 - 4, 7). Esimerkkejä hajoamisreaktioista, joissa hapetusasteet eivät muutu, on vähän (5, 6).

Vaihda reaktioita kutsutaan monimutkaisten aineiden välillä tapahtuvia reaktioita, joissa ne vaihtavat aineosaan. Yleensä tätä termiä käytetään reaktioihin, joissa on mukana ioneja vesiliuos. Yleensä kemiallisen vaihtoreaktion yhtälö näyttää tältä:

AB + CD = AD + CB

Esimerkiksi:

CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O (2)

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

CrCl 3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)

Vaihtoreaktiot eivät ole redox-reaktioita. erikoistapaus nämä vaihtoreaktiot ovat neutralointireaktioita (happojen vuorovaikutusreaktioita alkalien kanssa) (2). Vaihtoreaktiot etenevät suuntaan, jossa ainakin yksi aineista poistuu reaktiopallosta kaasumaisen aineen (3), sakan (4, 5) tai vähän dissosioituvan yhdisteen, useimmiten veden (1, 2).

Kemiallisten reaktioiden luokitus hapetustilojen muutosten mukaan

Reaktanttien ja reaktiotuotteiden muodostavien alkuaineiden hapetusasteiden muutoksesta riippuen kaikki kemialliset reaktiot jaetaan redox- (1, 2) ja hapetusastetta muuttamatta tapahtuviin (3, 4).

2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)

Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (pelkistin)

C 4+ + 4e \u003d C 0 (hapetusaine)

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

Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (pelkistin)

N 5+ + 3e \u003d N 2+ (hapetusaine)

AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Kemiallisten reaktioiden luokittelu lämpövaikutuksen mukaan

Riippuen siitä, vapautuuko vai absorboituuko lämpöä (energiaa) reaktion aikana, kaikki kemialliset reaktiot jaetaan ehdollisesti vastaavasti ekso- (1, 2) ja endotermisiin (3). Reaktion aikana vapautuvaa tai absorboitunutta lämmön (energian) määrää kutsutaan reaktion lämmöksi. Jos yhtälö osoittaa vapautuneen tai absorboidun lämmön määrän, niin tällaisia ​​yhtälöitä kutsutaan termokemiallisiksi.

N2 + 3H2 = 2NH3 +46,2 kJ (1)

2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)

N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)

Kemiallisten reaktioiden luokitus reaktion suunnan mukaan

Reaktion suunnan mukaan on reversiibelit (kemialliset prosessit, joiden tuotteet pystyvät reagoimaan keskenään samoissa olosuhteissa, joissa ne saadaan, jolloin muodostuu lähtöaineita) ja irreversiibelit (kemialliset prosessit, joiden tuotteet eivät pysty reagoimaan keskenään muodostaen lähtöaineita ).

Reversiibelien reaktioiden kohdalla yhtälö kirjoitetaan yleensä seuraavasti:

A + B ↔ AB

Esimerkiksi:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O

Esimerkkejä peruuttamattomista reaktioista ovat seuraavat reaktiot:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Todisteet reaktion peruuttamattomuudesta voivat toimia kaasumaisen aineen, sakan tai vähän dissosioituvan yhdisteen, useimmiten veden, reaktiotuotteina.

Kemiallisten reaktioiden luokittelu katalyytin läsnäolon perusteella

Tästä näkökulmasta katsottuna erotetaan katalyyttiset ja ei-katalyyttiset reaktiot.

Katalyytti on aine, joka nopeuttaa kemiallista reaktiota. Katalyyttisiä reaktioita kutsutaan katalyyttisiksi. Jotkut reaktiot ovat yleensä mahdottomia ilman katalyytin läsnäoloa:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (MnO 2 -katalyytti)

Usein yksi reaktiotuotteista toimii katalyyttinä, joka nopeuttaa tätä reaktiota (autokatalyyttiset reaktiot):

MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, jossa Me on metalli.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Kemiallinen reaktio eli kemiallinen muunnos on prosessi, jonka aikana joistakin aineista, jotka eroavat toisistaan, muodostuu muita aineita kemiallinen koostumus ja rakentaminen.

Kemialliset reaktiot luokitellaan seuraavien kriteerien mukaan:

1) reagenssien ja reaktiotuotteiden määrän muutos tai muutoksen puute. Tämän perusteella reaktiot jaetaan yhdistelmä-, hajoamis-, substituutio-, vaihtoreaktioihin.

Yhdistelmäreaktio on reaktio, jossa kaksi tai useampi aine muodostaa yhden uuden aineen. Esimerkiksi Fe + S → FeS.

Hajoamisreaktio on reaktio, jossa yhdestä aineesta muodostuu kaksi tai useampia uusia aineita. Esimerkiksi CaCO3 → CaO + CO2.

Substituutioreaktio on yksinkertaisen ja monimutkaisen aineen välinen reaktio, jossa yksinkertaisen aineen atomit korvaavat yhden monimutkaisen aineen alkuaineen atomit, jolloin muodostuu uusi yksinkertainen ja uusi monimutkainen aine. Esimerkiksi Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2.

Vaihtoreaktio on reaktio, jossa kaksi monimutkaista ainetta vaihtavat aineosaan. Esimerkiksi NaOH + HCl → NaCl + H2O.

2) Toinen merkki kemiallisten reaktioiden luokittelusta on muutos tai muutoksen puute reagoivien aineiden muodostavien alkuaineiden hapetustiloissa. Tämän perusteella reaktiot jaetaan redox-reaktioihin ja niihin, jotka tapahtuvat muuttamatta alkuaineiden hapetusastetta. Esimerkiksi Zn + S → ZnS (sinkki plus es tuottaa sinkkiä). Tämä on redox-reaktio, jossa sinkki luovuttaa kaksi elektronia ja saa hapetustilan +2: Zn0 - 2 → Zn +2, ja rikki ottaa vastaan ​​2 elektronia ja saa hapetustilan -2: S0 + 2 → S-2.

Prosessia, jossa aineet luovuttavat elektroneja, kutsutaan hapetukseksi, ja elektronien vastaanottoprosessia kutsutaan pelkistymiseksi.

3) Kolmas merkki kemiallisten reaktioiden luokittelusta on energian vapautuminen tai absorptio reaktion aikana. Tämän perusteella reaktiot jaetaan eksotermisiin (johon liittyy lämmön vapautuminen) ja endotermisiin (johon liittyy lämmön absorptio).

4) Neljäs merkki kemiallisten reaktioiden luokittelusta on yhden reagenssin tyyppi. Tämän perusteella reaktiot jaetaan halogeenien reaktioihin (vuorovaikutus kloorin, bromin kanssa), hydraukseen (vetymolekyylien lisäys), hydraatioon (vesimolekyylien lisäämiseen), hydrolyysiin, nitraamiseen.

5) Viides merkki kemiallisten reaktioiden luokittelusta on katalyytin läsnäolo. Tämän perusteella reaktiot jaetaan katalyyttisiin (jotka tapahtuvat vain katalyytin läsnä ollessa) ja ei-katalyyttisiin (jotka tapahtuvat ilman katalyyttiä).

6) Toinen merkki kemiallisten reaktioiden luokittelusta on reaktion eteneminen loppuun asti. Tämän perusteella reaktiot jaetaan palautuviin ja peruuttamattomiin.

On olemassa muita kemiallisten reaktioiden luokituksia. Kaikki riippuu siitä, mihin kriteeriin ne perustuvat.