תגובה כימית היא תהליך של טרנספורמציה של חומרים, שבמהלכו נצפה שינוי במבנה או בהרכבם. כתוצאה מתהליך כזה, החומרים ההתחלתיים, או הריאגנטים, עוברים לתוצרים הסופיים. עד היום נוצר סיווג מאוד ברור תגובה כימית.

תיאור התגובות באמצעות משוואות. סימנים של תגובות כימיות

ישנם מספר סיווגים, שכל אחד מהם לוקח בחשבון תכונות אחד או יותר. לדוגמה, ניתן לחלק תגובות כימיות על ידי שימת לב ל:

• כמות והרכב של ריאגנטים ומוצרים סופיים;
• מצב צבירה של חומרים ראשוניים וסופיים (גז, נוזל, צורה מוצקה);
• מספר שלבים;
• אופי החלקיקים המועברים במהלך התגובה (יון, אלקטרון);
• אפקט תרמי;
• האפשרות שהתגובה תתקדם בכיוון ההפוך.

ראוי לציין שתגובות כימיות נכתבות בדרך כלל באמצעות נוסחאות ומשוואות. איפה צד שמאלהמשוואה מתארת ​​את הרכב המגיבים ואת אופי האינטראקציה ביניהם, ובצד ימין ניתן לראות את התוצרים הסופיים. אחר מאוד נקודה חשובה- מספר האטומים של כל יסוד בחלק הימני והשמאלי חייב להיות שווה. זו הדרך היחידה לשמור

כפי שכבר צוין, ישנם סיווגים רבים. אלה הנפוצים ביותר יידונו כאן.

סיווג תגובות כימיות לפי הרכב, כמות התוצרים הראשוניים והסופיים

נכנסים לתוכם כמה חומרים, שמתחברים ויוצרים חומר מורכב יותר. ברוב המקרים, תגובה זו מלווה בשחרור חום.

המגיב הראשוני הוא תרכובת מורכבת, אשר בתהליך הפירוק יוצרת מספר חומרים פשוטים יותר. תגובות כאלה יכולות להיות גם חיזור וגם להתרחש ללא שינוי בערכיות.

תגובות החלפה - מייצגות את האינטראקציה בין חומר מורכב לחומר פשוט. בתהליך, מתרחשת החלפה של כל אטום של חומר מורכב. באופן סכמטי, ניתן לייצג את התגובה באופן הבא:

A + BC = AB + C

תגובת החלפה היא תהליך שבמהלכו שני מגיבים ראשוניים מחליפים ביניהם חלקים מרכיבים. לדוגמה:

AB + SD = AD + SW

תגובות העברה מאופיינות במעבר של אטום או קבוצת אטומים מחומר אחד למשנהו.

סיווג תגובות כימיות: תהליכים הפיכים ובלתי הפיכים

מאפיין חשוב נוסף של תגובות הוא האפשרות של תהליך הפוך.

אז תגובות כאלה נקראות הפיכות, התוצרים שלהן יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה, ויוצרים את אותם חומרים ראשוניים. ככלל, תכונה זו חייבת להיות מוצגת במשוואה. במקרה זה, בין השמאל ל צד ימיןמשוואות מציבות שני חצים מכוונים הפוך.

בתגובה כימית בלתי הפיכה, המוצרים שלה אינם מסוגלים להגיב זה עם זה - לפחות מתי תנאים רגילים.

סיווג תגובות כימיות לפי אפקט תרמי

תגובות תרמוכימיות מחולקות לשתי קבוצות עיקריות:

• תהליכים אקסותרמיים שבמהלכם משתחרר חום (אנרגיה);
• תהליכים אנדותרמיים, הדורשים ספיגת אנרגיה מבחוץ.

סיווג של תגובות כימיות לפי מספר שלבים ותכונות פאזה

כפי שכבר ציינו, לחומרים יש חשיבות רבה גם עבור מאפיינים שלמיםתגובה כימית. לפי סימנים אלו, נהוג להבחין:

• תגובות גזים;
• תגובות בתמיסות;
• תהליכים כימייםבֵּין

אבל התוצרים הראשוניים והסופיים לא תמיד שייכים לאף מצב צבירה אחד. לכן, תגובות מסווגות גם על סמך מספר השלבים:

• תגובות חד פאזיות או הומוגניות הן תהליכים שתוצריהם נמצאים באותו מצב (ברוב המקרים, תגובה כזו מתרחשת בשלב הגז או בתמיסה);
• (רב-פאזי) - ריאגנטים ומוצרי קצה יכולים להיות במצבי צבירה שונים.

יש להבחין בין תגובות כימיות לתגובות גרעיניות. כתוצאה מתגובות כימיות מספר כוללהאטומים של כל יסוד כימי וההרכב האיזוטופי שלו אינם משתנים. תגובות גרעיניות הן עניין אחר - תהליכי ההמרה של גרעיני אטום כתוצאה מהאינטראקציה שלהם עם גרעינים אחרים או חלקיקים אלמנטריים, למשל, הפיכת אלומיניום למגנזיום:

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

הסיווג של תגובות כימיות הוא רב-צדדי, כלומר, ניתן להתבסס עליו סימנים שונים. אבל תחת כל אחד מהסימנים הללו, ניתן לייחס תגובות הן בין אורגניים והן בין חומרים אורגניים.

שקול את הסיווג של תגובות כימיות לפי קריטריונים שונים.

I. לפי מספר והרכב המגיבים

תגובות המתרחשות מבלי לשנות את הרכב החומרים.

בלא כימיה אורגניתתגובות כאלה כוללות את התהליכים של השגת שינויים אלוטרופיים של יסוד כימי אחד, למשל:

C (גרפיט) ​​↔ C (יהלום)
S (מעוין) ↔ S (מונוקליני)
R (לבן) ↔ R (אדום)
Sn (פח לבן) ↔ Sn (פח אפור)
3O 2 (חמצן) ↔ 2O 3 (אוזון)

בכימיה אורגנית, סוג זה של תגובות יכול לכלול תגובות איזומריזציה המתרחשות מבלי לשנות לא רק את ההרכב האיכותי, אלא גם הכמותי של מולקולות החומרים, למשל:

1. איזומריזציה של אלקנים.

התגובה של איזומריזציה של אלקנים היא בעלת חשיבות מעשית רבה, שכן לפחמימנים של האיזומבנה יש יכולת נמוכה יותר להתפוצץ.

2. איזומריזציה של אלקנים.

3. איזומריזציה של אלקנים (תגובה של A. E. Favorsky).

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

אתילאצטילן דימתילאצטילן

4. איזומריזציה של הלואלקנים (A. E. Favorsky, 1907).

5. איזומריזציה של אמוניום ציאניט בחימום.

בפעם הראשונה, אוריאה סונתזה על ידי פ. ווהלר בשנת 1828 על ידי איזומריזציה של אמוניום ציאנט בעת חימום.

תגובות הנלוות לשינוי בהרכב החומר

ישנם ארבעה סוגים של תגובות כאלה: תרכובות, פירוקים, החלפות והחלפות.

1. תגובות חיבור הן תגובות כאלה שבהן נוצר חומר מורכב אחד משני חומרים או יותר

בכימיה אנאורגנית, ניתן לשקול את כל מגוון התגובות התרכובות, למשל, באמצעות הדוגמה של תגובות להשגת חומצה גופרתית מגופרית:

1. השגת תחמוצת גופרית (IV):

S + O 2 \u003d SO - חומר מורכב אחד נוצר משני חומרים פשוטים.

2. השגת תחמוצת גופרית (VI):

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - חומר מורכב אחד נוצר מחומר פשוט ומורכב.

3. השגת חומצה גופרתית:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - קומפלקס אחד נוצר משני חומרים מורכבים.

דוגמה לתגובה מורכבת שבה נוצר חומר מורכב אחד מיותר משני חומרי מוצא היא השלב הסופי בייצור חומצה חנקתית:

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

בכימיה אורגנית, תגובות תרכובות מכונות בדרך כלל "תגובות הוספה". ניתן לשקול את כל המגוון של תגובות כאלה בדוגמה של גוש תגובות המאפיינות את התכונות של חומרים בלתי רוויים, למשל, אתילן:

1. תגובת הידרוגנציה - תוספת מימן:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3

אתן → אתאן

2. תגובת הידרציה - הוספת מים.

3. תגובת פילמור.

2. תגובות פירוק הן תגובות כאלה שבהן נוצרים מספר חומרים חדשים מחומר מורכב אחד.

בכימיה אנאורגנית, ניתן להתייחס לכל מגוון התגובות הללו בגוש התגובות להשגת חמצן בשיטות מעבדה:

1. פירוק תחמוצת כספית (II) - שני פשוטים נוצרים מחומר מורכב אחד.

2. פירוק אשלגן חנקתי - מחומר מורכב אחד נוצר אחד פשוט ואחד קומפלקס.

3. פירוק אשלגן פרמנגנט - מחומר מורכב אחד נוצרים שניים מורכבים ואחד פשוט, כלומר שלושה חומרים חדשים.

בכימיה אורגנית, ניתן לשקול תגובות פירוק על בלוק התגובות לייצור אתילן במעבדה ובתעשייה:

1. התגובה של התייבשות (פיצול מים) של אתנול:

C 2 H 5 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2. תגובת דה-הידרוגנציה (פיצול מימן) של אתאן:

CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2

או CH 3 -CH 3 → 2C + ZH 2

3. תגובת פיצול (פיצול) של פרופאן:

CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + CH 4

3. תגובות החלפה הן תגובות כאלה כתוצאה מהן אטומים חומר פשוטלהחליף אטומים של יסוד בחומר מורכב.

בכימיה אנאורגנית, דוגמה לתהליכים כאלה היא בלוק של תגובות המאפיינות את התכונות של, למשל, מתכות:

1. אינטראקציה של מתכות אלקליות או אדמה אלקליין עם מים:

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

2. אינטראקציה של מתכות עם חומצות בתמיסה:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

3. אינטראקציה של מתכות עם מלחים בתמיסה:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. מתכתרמיה:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr

נושא המחקר של כימיה אורגנית הוא לא חומרים פשוטים, אלא רק תרכובות. לכן, כדוגמה לתגובת החלפה, אנו נותנים את התכונה האופיינית ביותר של תרכובות רוויות, בפרט מתאן, את היכולת של אטומי המימן שלה להיות מוחלפים באטומי הלוגן. דוגמה נוספת היא ברומינציה של תרכובת ארומטית (בנזן, טולואן, אנילין).

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

בנזן → ברומובנזן

הבה נשים לב למוזרותה של תגובת ההחלפה ב חומר אורגני: כתוצאה מתגובות כאלה נוצר לא חומר פשוט ומורכב, כמו בכימיה אנאורגנית, אלא שני חומרים מורכבים.

בכימיה אורגנית, תגובות החלפה כוללות גם כמה תגובות בין שני חומרים מורכבים, למשל, חנקה של בנזן. רשמית זו תגובת חליפין. העובדה שמדובר בתגובת החלפה מתבררת רק כאשר בוחנים את המנגנון שלה.

4. תגובות חליפין הן תגובות כאלה שבהן שני חומרים מורכבים מחליפים את חלקיהם המרכיבים

תגובות אלו מאפיינות את תכונות האלקטרוליטים ומתמשכות בתמיסות לפי כלל Berthollet, כלומר רק אם נוצר כתוצאה מכך משקעים, גז או חומר בעל פירוק נמוך (לדוגמה, H 2 O).

בכימיה אנאורגנית, זה יכול להיות בלוק של תגובות המאפיינות, למשל, את התכונות של אלקליות:

1. תגובת נטרול שמתלווה להיווצרות מלח ומים.

2. התגובה בין אלקלי למלח, שהולכת עם היווצרות גז.

3. התגובה בין אלקלי למלח, שמתלווה להיווצרות משקעים:

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

או בצורה יונית:

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

בכימיה אורגנית, ניתן לשקול בלוק של תגובות המאפיינות, למשל, את התכונות של חומצה אצטית:

1. התגובה המתמשכת עם היווצרות אלקטרוליט חלש - H 2 O:

CH 3 COOH + NaOH → Na (CH3COO) + H 2 O

2. התגובה שמתלווה להיווצרות גז:

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

3. התגובה המתמשכת עם היווצרות משקעים:

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. על ידי שינוי מצבי חמצון יסודות כימיים, יוצרים חומרים

על בסיס זה, נבדלות התגובות הבאות:

1. תגובות המתרחשות עם שינוי במצבי החמצון של יסודות, או תגובות חיזור.

אלה כוללים תגובות רבות, כולל כל תגובות ההחלפה, כמו גם אותן תגובות של שילוב ופירוק שבהן משתתף לפחות חומר פשוט אחד, למשל:

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

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

תגובות חיזור מורכבות מורכבות בשיטת איזון האלקטרונים.

2KMn +7 O 4 + 16HCl - \u003d 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O

בכימיה אורגנית דוגמה מובהקתתגובות חיזור יכולות לשמש כמאפיינים של אלדהידים.

1. הם מצטמצמים לאלכוהולים המתאימים:

Aldecides מתחמצנים לחומצות המתאימות:

2. תגובות המתרחשות מבלי לשנות את מצבי החמצון של יסודות כימיים.

אלה כוללים, למשל, את כל התגובות לחילופי יונים, כמו גם תגובות מורכבות רבות, תגובות פירוק רבות, תגובות אסטריפיקציה:

HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O

III. לפי אפקט תרמי

על פי האפקט התרמי, התגובות מחולקות לאקסותרמיות ואנדותרמיות.

1. תגובות אקסותרמיות ממשיכות עם שחרור האנרגיה.

אלה כוללים כמעט את כל התגובות המורכבות. חריג נדירמהווים את התגובות האנדותרמיות של סינתזה של תחמוצת חנקן (II) מחנקן וחמצן והתגובה של מימן גזי עם יוד מוצק.

תגובות אקסותרמיות המתמשכות עם שחרור האור נקראות תגובות בעירה. הידרוגנציה של אתילן היא דוגמה לתגובה אקסותרמית. הוא פועל בטמפרטורת החדר.

2. תגובות אנדותרמיות נמשכות עם ספיגת האנרגיה.

ברור שכמעט כל תגובות הפירוק יחולו עליהם, למשל:

1. חידוד של אבן גיר

2. פיצוח בוטאן

כמות האנרגיה המשתחררת או נספגת כתוצאה מהתגובה נקראת ההשפעה התרמית של התגובה, והמשוואה של תגובה כימית המעידה על השפעה זו נקראת המשוואה התרמוכימית:

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. על פי מצב הצבירה של חומרים מגיבים (הרכב שלב)

על פי מצב הצבירה של החומרים המגיבים, ישנם:

1. תגובות הטרוגניות - תגובות בהן המגיבים ותוצרי התגובה נמצאים במצבי צבירה שונים (בשלבים שונים).

2. תגובות הומוגניות - תגובות בהן המגיבים ותוצרי התגובה נמצאים באותו מצב של צבירה (בשלב אחד).

V. לפי השתתפות הזרז

על פי השתתפות הזרז, ישנם:

1. תגובות לא קטליטיות המתרחשות ללא השתתפות של זרז.

2. תגובות קטליטיות המתרחשות בהשתתפות זרז. מכיוון שכל התגובות הביוכימיות המתרחשות בתאים של אורגניזמים חיים מתרחשות בהשתתפותם של זרזים ביולוגיים מיוחדים בעלי אופי חלבוני - אנזימים, כולם שייכים לקטליטים או, ליתר דיוק, אנזימטיים. יש לציין כי יותר מ-70% מהתעשיות הכימיות משתמשות בזרזים.

VI. לִקרַאת

לפי כיוון יש:

1. תגובות בלתי הפיכות נמשכות בתנאים נתונים בכיוון אחד בלבד. אלה כוללים את כל תגובות החליפין המלוות ביצירת משקעים, גז או חומר בעל פירוק נמוך (מים) וכל תגובות הבעירה.

2. תגובות הפיכות בתנאים אלו מתנהלות בו זמנית בשני כיוונים מנוגדים. רוב התגובות הללו הן.

בכימיה אורגנית, סימן ההפיכות משתקף בשמות - אנטונימים של תהליכים:

הידרוגנציה - דהידרוגנציה,

הידרציה - התייבשות,

פילמור - דפולימריזציה.

כל תגובות האסטריפיקציה הן הפיכות (התהליך ההפוך, כידוע, נקרא הידרוליזה) והידרוליזה של חלבונים, אסטרים, פחמימות, פולינוקלאוטידים. ההפיכות של תהליכים אלו עומדת בבסיסם הנכס החשוב ביותראורגניזם חי - חילוף חומרים.

VII. על פי מנגנון הזרימה, ישנם:

1. תגובות רדיקליות מתרחשות בין הרדיקלים והמולקולות הנוצרות במהלך התגובה.

כפי שאתם כבר יודעים, בכל התגובות, ישנים נשברים ונוצרים חדשים. קשרים כימים. שיטת שבירת הקשר במולקולות של חומר המוצא קובעת את מנגנון (נתיב) התגובה. אם החומר נוצר על ידי קשר קוולנטי, אזי יכולות להיות שתי דרכים לשבור את הקשר הזה: המוליטי והטרוליטי. לדוגמה, עבור המולקולות של Cl 2, CH 4 וכו ', מתממש קרע המוליטי של קשרים, זה יוביל להיווצרות של חלקיקים עם אלקטרונים לא מזווגים, כלומר, רדיקלים חופשיים.

רדיקלים נוצרים לרוב כאשר נשברים קשרים שבהם זוגות אלקטרונים משותפים מפוזרים בערך שווה בשווה בין אטומים (קשר קוולנטי לא קוטבי), אך ניתן לשבור קשרים קוטביים רבים באופן דומה, במיוחד כאשר התגובה מתרחשת ב שלב הגז ותחת פעולת האור. כמו, למשל, במקרה של התהליכים שנדונו לעיל - האינטראקציה של C 12 ו- CH 4 - . רדיקלים מגיבים מאוד, מכיוון שהם נוטים להשלים את שכבת האלקטרונים שלהם על ידי לקיחת אלקטרון מאטום או מולקולה אחרת. לדוגמה, כאשר רדיקל כלור מתנגש מולקולת מימן, הוא שובר את זוג האלקטרונים המשותף הקושר את אטומי המימן ויוצר קשר קוולנטי עם אחד מאטומי המימן. אטום המימן השני, שהופך לרדיקל, יוצר משותף זוג אלקטרוניםעם האלקטרון הבלתי מזווג של אטום הכלור ממולקולת Cl 2 הקורסת, וכתוצאה מכך רדיקל כלור שתוקף מולקולת מימן חדשה וכו'.

תגובות, שהן שרשרת של טרנספורמציות עוקבות, נקראות תגובות שרשרת. על פיתוח תורת תגובות השרשרת, שני כימאים מצטיינים - בן ארצנו N. N. Semenov והאנגלי S. A. Hinshelwood זכו בפרס נובל.
תגובת ההחלפה בין כלור ומתאן מתנהלת באופן דומה:

רוב תגובות הבעירה של חומרים אורגניים ואי-אורגניים, סינתזה של מים, אמוניה, פילמור של אתילן, ויניל כלוריד וכו' מתנהלות לפי המנגנון הרדיקלי.

2. תגובות יוניות מתרחשות בין יונים שכבר קיימים או נוצרו במהלך התגובה.

תגובות יוניות אופייניות הן אינטראקציות בין אלקטרוליטים בתמיסה. יונים נוצרים לא רק במהלך פירוק אלקטרוליטים בתמיסות, אלא גם תחת פעולת פריקות חשמליות, חימום או קרינה. קרני γ, למשל, הופכות מולקולות מים ומתאן ליונים מולקולריים.

לפי מנגנון יוני אחר, מתרחשות תגובות של הוספת מימן הלידים, מימן, הלוגנים לאלקנים, חמצון והתייבשות של אלכוהולים, החלפת אלכוהול הידרוקסיל בהלוגן; תגובות המאפיינות את התכונות של אלדהידים וחומצות. יונים במקרה זה נוצרים על ידי שבירה הטרוליטית של קשרים קוטביים קוולנטיים.

ח. לפי סוג האנרגיה

מתחילים את התגובה, ישנם:

1. תגובות פוטוכימיות. הם יוזמים על ידי אנרגיית האור. בנוסף לתהליכים הפוטוכימיים לעיל של סינתזת HCl או התגובה של מתאן עם כלור, הם כוללים ייצור של אוזון בטרופוספירה כמזהם אטמוספרי משני. במקרה זה, תחמוצת החנקן (IV) פועלת כראשונית, אשר יוצר רדיקלי חמצן תחת פעולת האור. רדיקלים אלה מקיימים אינטראקציה עם מולקולות חמצן, וכתוצאה מכך נוצר אוזון.

היווצרות האוזון נמשכת כל עוד יש מספיק אור, שכן NO יכול לקיים אינטראקציה עם מולקולות חמצן כדי ליצור את אותו NO 2. הצטברות של אוזון ומזהמי אוויר משניים אחרים עלולה להוביל לעפיח פוטוכימי.

תגובה מסוג זה כוללת גם את התהליך החשוב ביותר שמתרחש בתאי הצמח - פוטוסינתזה, ששמה מדבר בעד עצמו.

2. תגובות קרינה. הם יוזמים על ידי קרינות בעלות אנרגיה גבוהה - צילומי רנטגן, קרינה גרעינית (קרני γ, חלקיקי a - He 2+ וכו'). בעזרת תגובות קרינה מתבצעות רדיופולימריזציה מהירה מאוד, רדיוליזה (פירוק קרינה) וכו'.

לדוגמה, במקום ייצור דו-שלבי של פנול מבנזן, ניתן להשיגו על ידי אינטראקציה של בנזן עם מים בפעולת קרינה. במקרה זה, רדיקלים [OH] ו-[H] נוצרים ממולקולות מים, שאיתן מגיב בנזן ליצירת פנול:

C 6 H 6 + 2 [OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O

גיפור גומי יכול להתבצע ללא גופרית באמצעות גיפור רדיו, והגומי שיתקבל לא יהיה גרוע יותר מגומי מסורתי.

3. תגובות אלקטרוכימיות. הם יזומים על ידי זרם חשמלי. בנוסף לתגובות האלקטרוליזה המוכרות לכם, אנו מציינים גם את התגובות של אלקטרוסינתזה, למשל, התגובות של ייצור תעשייתי של חומרים חמצוניים אנאורגניים

4. תגובות תרמוכימיות. הם יזומים אנרגיית תרמית. אלה כוללים את כל התגובות האנדותרמיות ותגובות אקסותרמיות רבות הדורשות אספקה ​​ראשונית של חום, כלומר התחלת התהליך.

הסיווג לעיל של תגובות כימיות בא לידי ביטוי בתרשים.

הסיווג של תגובות כימיות, כמו כל הסיווגים האחרים, מותנה. מדענים הסכימו לחלק את התגובות לסוגים מסוימים לפי הסימנים שהם זיהו. אבל רוב התמורות הכימיות ניתן לייחס סוגים שונים. לדוגמה, בואו נאפיין את תהליך סינתזת האמוניה.

זוהי תגובה מורכבת, חיזור, אקסותרמית, הפיכה, קטליטית, הטרוגנית (ליתר דיוק, קטליטית הטרוגנית), המתמשכת עם ירידה בלחץ במערכת. כדי לנהל את התהליך בהצלחה, יש לקחת בחשבון את כל המידע הנ"ל. תגובה כימית ספציפית היא תמיד רב-איכותית, היא מאופיינת בתכונות שונות.

הַגדָרָה

תגובה כימיתנקראת טרנספורמציה של חומרים שיש בהם שינוי בהרכבם ו(או) המבנה שלהם.

לרוב, תגובות כימיות מובנות כתהליך של הפיכת חומרים ראשוניים (ריאגנטים) לחומרים סופיים (מוצרים).

תגובות כימיות נכתבות באמצעות משוואות כימיות המכילות את הנוסחאות של חומרי המוצא ותוצרי התגובה. לפי חוק שימור המסה, מספר האטומים של כל יסוד בצד שמאל וימין של המשוואה הכימית זהה. בדרך כלל כתובות הנוסחאות של חומרי המוצא בצד שמאל של המשוואה, ונוסחאות התוצרים כתובות בצד ימין. השוויון של מספר האטומים של כל יסוד בחלק השמאלי והימני של המשוואה מושג על ידי הצבת מקדמים סטוכיומטריים שלמים מול נוסחאות החומרים.

משוואות כימיות עשויות להכיל מידע נוסףעל תכונות התגובה: טמפרטורה, לחץ, קרינה וכו', המסומן על ידי הסמל המתאים מעל (או "מתחת") לסימן השוויון.

ניתן לקבץ את כל התגובות הכימיות למספר מחלקות, שיש להן מאפיינים מסוימים.

סיווג תגובות כימיות לפי מספר והרכב החומרים ההתחלתיים והמתקבלים

לפי סיווג זה, תגובות כימיות מחולקות לתגובות של שילוב, פירוק, החלפה, החלפה.

כתוצאה תגובות מורכבותמשני חומרים או יותר (מורכבים או פשוטים), נוצר חומר אחד חדש. בְּ השקפה כלליתהמשוואה לתגובה כימית כזו תיראה כך:

לדוגמה:

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

תגובות שילוב הן ברוב המקרים אקסותרמיות, כלומר. לזרום עם שחרור החום. אם חומרים פשוטים מעורבים בתגובה, אז תגובות כאלה הן לרוב חיזור (ORD), כלומר. מתרחשים עם שינוי במצבי החמצון של היסודות. אי אפשר לומר באופן חד משמעי אם ניתן לייחס ל-OVR את התגובה של תרכובת בין חומרים מורכבים.

תגובות שבהן נוצרים מספר חומרים חדשים נוספים (מורכבים או פשוטים) מחומר מורכב אחד מסווגות כ תגובות פירוק. באופן כללי, המשוואה לתגובת פירוק כימית תיראה כך:

לדוגמה:

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)

רוב תגובות הפירוק נמשכות בחימום (1,4,5). עשוי להתפרק על ידי זרם חשמלי(2). הפירוק של הידרטים גבישיים, חומצות, בסיסים ומלחים של חומצות המכילות חמצן (1, 3, 4, 5, 7) מתרחש מבלי לשנות את מצבי החמצון של היסודות, כלומר. תגובות אלו אינן חלות על OVR. תגובות פירוק OVR כוללות פירוק של תחמוצות, חומצות ומלחים הנוצרים על ידי יסודות במצבי חמצון גבוהים יותר (6).

תגובות פירוק נמצאות גם בכימיה אורגנית, אך בשמות אחרים - פיצוח (8), דהידרוגנציה (9):

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

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

בְּ תגובות החלפהחומר פשוט מקיים אינטראקציה עם חומר מורכב, ויוצר חומר פשוט חדש וחומר מורכב חדש. באופן כללי, המשוואה לתגובת החלפה כימית תיראה כך:

לדוגמה:

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

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

תגובות החלפה הן לרוב תגובות חיזור (1 - 4, 7). דוגמאות לתגובות פירוק שבהן אין שינוי במצבי החמצון הן מעטות (5, 6).

החלפת תגובותנקראים התגובות המתרחשות בין חומרים מורכבים, שבהם הם מחליפים את חלקיהם המרכיבים. בדרך כלל מונח זה משמש לתגובות הכוללות יונים הממוקמים ב תמיסה מימית. באופן כללי, המשוואה לתגובת החלפה כימית תיראה כך:

AB + CD = AD + CB

לדוגמה:

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)

תגובות החליפין אינן חיזור. מקרה מיוחדתגובות החליפין הללו הן תגובות נטרול (תגובות של אינטראקציה של חומצות עם אלקליות) (2). תגובות החליפין מתרחשות בכיוון שבו לפחות אחד מהחומרים מוסר מכדור התגובה בצורה של חומר גזי (3), משקעים (4, 5) או תרכובת מתפרקת נמוכה, לרוב מים (1, 2).

סיווג תגובות כימיות לפי שינויים במצבי חמצון

בהתאם לשינוי במצבי החמצון של היסודות המרכיבים את המגיבים ותוצרי התגובה, כל התגובות הכימיות מחולקות לחזור (1, 2) ולאלו המתרחשות ללא שינוי מצב החמצון (3, 4).

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

Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (מפחית)

C 4+ + 4e \u003d C 0 (חומר מחמצן)

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

Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (מפחית)

N 5+ + 3e \u003d N 2+ (חומר מחמצן)

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

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

סיווג תגובות כימיות לפי השפעה תרמית

תלוי אם חום (אנרגיה) משתחרר או נספג במהלך התגובה, כל התגובות הכימיות מחולקות באופן מותנה לאקסו - (1, 2) ואנדותרמית (3), בהתאמה. כמות החום (האנרגיה) המשתחררת או נספגת במהלך תגובה נקראת חום התגובה. אם המשוואה מציינת את כמות החום המשתחרר או הנספג, אז משוואות כאלה נקראות תרמוכימיות.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46.2 kJ (1)

2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602.5 kJ (2)

N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90.4 קילו-ג'יי (3)

סיווג תגובות כימיות לפי כיוון התגובה

לפי כיוון התגובה, ישנם הפיכים (תהליכים כימיים שתוצריהם מסוגלים להגיב זה עם זה באותם תנאים בהם הם מתקבלים, עם יצירת חומרי מוצא) ובלתי הפיכים (תהליכים כימיים, שתוצריהם אינם מסוגלים להגיב זה עם זה עם היווצרות של חומרים התחלתיים).

עבור תגובות הפיכות, המשוואה בצורה כללית כתובה בדרך כלל כך:

A + B ↔ AB

לדוגמה:

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

דוגמאות לתגובות בלתי הפיכות הן התגובות הבאות:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

עדות לבלתי הפיך של התגובה יכולה לשמש תוצרי תגובה של חומר גזי, משקעים או תרכובת מתפרקת נמוכה, לרוב מים.

סיווג תגובות כימיות לפי נוכחות זרז

מנקודת מבט זו, תגובות קטליטיות ולא קטליטיות מובחנות.

זרז הוא חומר שמאיץ תגובה כימית. תגובות המערבות זרזים נקראות קטליטיות. חלק מהתגובות בדרך כלל בלתי אפשריות ללא נוכחות של זרז:

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

לעתים קרובות, אחד מתוצרי התגובה משמש כזרז שמאיץ תגובה זו (תגובות אוטוקטליטיות):

MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, כאשר Me היא מתכת.

דוגמאות לפתרון בעיות

דוגמה 1

תגובה כימית, או טרנספורמציה כימית, היא תהליך שבמהלכו נוצרים חומרים אחרים מחומרים מסוימים הנבדלים ביניהם תרכובת כימיתובניין.

תגובות כימיות מסווגות לפי הקריטריונים הבאים:

1) שינוי או חוסר שינוי בכמות הריאגנטים ותוצרי התגובה. על בסיס זה, התגובות מחולקות לתגובות של שילוב, פירוק, החלפה, החלפה.

תגובה מורכבת היא תגובה שבה שני חומרים או יותר יוצרים חומר חדש אחד. לדוגמה, Fe + S → FeS.

תגובת פירוק היא תגובה שבה נוצרים שני חומרים חדשים או יותר מחומר אחד. לדוגמה, CaCO3 → CaO + CO2.

תגובת החלפה היא תגובה בין חומר פשוט למורכב, שבמהלכה אטומים של חומר פשוט מחליפים את האטומים של אחד היסודות בחומר מורכב, וכתוצאה מכך נוצרים חומר פשוט חדש וחומר מורכב חדש. לדוגמה, Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2.

תגובת החלפה היא תגובה שבה שני חומרים מורכבים מחליפים את מרכיביהם. לדוגמה, NaOH + HCl → NaCl + H2O.

2) הסימן השני לסיווג התגובות הכימיות הוא שינוי או חוסר שינוי במצבי החמצון של היסודות המרכיבים את החומרים המגיבים. על בסיס זה, תגובות מחולקות לתגובות חיזור וכאלה המתרחשות מבלי לשנות את מצבי החמצון של היסודות. לדוגמה, Zn + S → ZnS (אבץ פלוס es מייצר אבץ-es). זוהי תגובת חיזור שבמהלכה אבץ תורם שני אלקטרונים ורוכש את מצב החמצון +2: Zn0 - 2 → Zn +2, וגופרית מקבלת 2 אלקטרונים ורוכשת את מצב החמצון -2: S0 + 2 → S-2.

תהליך הוצאת אלקטרונים על ידי חומרים נקרא חמצון, ותהליך קליטת האלקטרונים נקרא הפחתה.

3) הסימן השלישי לסיווג של תגובות כימיות הוא שחרור או ספיגה של אנרגיה במהלך התגובה. על בסיס זה, התגובות מחולקות לאקסותרמיות (שמלווה בשחרור חום) ואנדותרמיות (מלווה בספיגת חום).

4) הסימן הרביעי לסיווג של תגובות כימיות הוא סוג אחד מהריאגנטים. על בסיס זה, התגובות מחולקות לתגובות הלוגנים (אינטראקציה עם כלור, ברום), הידרוגנציה (הוספת מולקולות מימן), הידרציה (הוספת מולקולות מים), הידרוליזה, ניטרציה.

5) הסימן החמישי לסיווג של תגובות כימיות הוא נוכחות של זרז. על בסיס זה, התגובות מחולקות לקטליטיות (המתרחשות רק בנוכחות זרז) ולא קטליטיות (המתרחשות ללא זרז).

6) סימן נוסף לסיווג של תגובות כימיות הוא התקדמות התגובה עד הסוף. על בסיס זה, התגובות מחולקות להפיך ובלתי הפיך.

ישנם סיווגים אחרים של תגובות כימיות. הכל תלוי על איזה קריטריון הם מבוססים.