תגובת חיבור. דוגמאות לתגובת חיבור

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 נוסף על תכונות התגובה: טמפרטורה, לחץ, קרינה וכו', אשר מסומן 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. באופן כללי, המשוואה 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). פירוק על ידי זרם חשמלי אפשרי (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 המערבות יונים בתמיסה 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 מיוחד של תגובות חליפין אלו הוא 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

7.1. סוגים עיקריים של תגובות כימיות

הטרנספורמציות של חומרים, המלווה בשינוי בהרכבם ובתכונותיהם, נקראות תגובות כימיות או אינטראקציות כימיות. בתגובות כימיות, אין שינוי בהרכב גרעיני האטומים.

תופעות שבהן הצורה או המצב הפיזי של חומרים משתנה או הרכב גרעיני האטומים משתנה נקראות פיזיקליות. דוגמה לתופעות פיזיקליות היא טיפול בחום במתכות, שבהן צורתן משתנה (חישול), התכת מתכות, סובלימציה של יוד, הפיכת מים לקרח או לקיטור ועוד, וכן תגובות גרעיניות, כתוצאה מהן. אטומים נוצרים מאטומים של יסודות מסוימים יסודות אחרים.

תופעות כימיות יכולות להיות מלוות בטרנספורמציות פיזיקליות. לדוגמה, כתוצאה מתגובות כימיות בתא גלווני, נוצר זרם חשמלי.

תגובות כימיות מסווגות לפי קריטריונים שונים.

1. לפי סימן האפקט התרמי, כל התגובות מחולקות ל אנדותרמי(זורם עם ספיגת חום) ו אקסותרמי(זורם עם שחרור חום) (ראה סעיף 6.1).

2. על פי מצב הצבירה של חומרי המוצא ותוצרי התגובה, ישנם:

תגובות הומוגניות, שבו כל החומרים נמצאים באותו שלב:

2 KOH (p-p) + H 2 SO 4 (p-p) = K 2 SO (p-p) + 2 H 2 O (g),

CO (g) + Cl 2 (g) \u003d COCl 2 (g),

SiO 2 (c) + 2 Mg (c) \u003d Si (c) + 2 MgO (c).

תגובות הטרוגניות, חומרים שבהם נמצאים בשלבים שונים:

CaO (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (c),

CuSO 4 (פתרון) + 2 NaOH (פתרון) \u003d Cu (OH) 2 (c) + Na 2 SO 4 (פתרון),

Na 2 SO 3 (פתרון) + 2HCl (פתרון) \u003d 2 NaCl (פתרון) + SO 2 (g) + H 2 O (l).

3. לפי היכולת לזרום רק בכיוון קדימה, כמו גם בכיוון קדימה ואחורה, הם מבחינים בלתי הפיךו הָפִיךתגובות כימיות (ראה סעיף 6.5).

4. על ידי נוכחות או היעדר זרזים, הם מבחינים מְזַרֵזו לא קטליטיתגובות (ראה סעיף 6.5).

5. לפי מנגנון התגובות הכימיות, הם מחולקים ל יונית, קיצוניואחרים (מנגנון התגובות הכימיות המתרחשות בהשתתפות תרכובות אורגניות נחשב במהלך הכימיה האורגנית).

6. לפי מצב מצבי החמצון של האטומים המרכיבים את המגיבים, מתרחשות תגובות ללא שינוי במצב החמצוןאטומים, ועם שינוי במצב החמצון של אטומים ( תגובות חיזור) (ראה סעיף 7.2) .

7. על פי השינוי בהרכב חומרי המוצא ותוצרי התגובה, מבחינים בתגובות תרכובת, פירוק, החלפה והחלפה. תגובות אלו יכולות להתקדם גם עם וגם בלי שינויים במצבי החמצון של היסודות, טבלה . 7.1.

טבלה 7.1

סוגי תגובות כימיות

	תכנית כללית	דוגמאות לתגובות המתרחשות מבלי לשנות את מצב החמצון של יסודות	דוגמאות לתגובות חיזור
חיבורים (משני חומרים או יותר נוצר חומר אחד חדש)		HCl + NH 3 \u003d NH 4 Cl; SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4	H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
הרחבות (מחומר אחד נוצרים מספר חומרים חדשים)	A = B + C + D	MgCO 3 MgO + CO 2; H 2 SiO 3 SiO 2 + H 2 O	2AgNO 3 2Ag + 2NO 2 + O 2
החלפות (בזמן האינטראקציה של חומרים, האטומים של חומר אחד מחליפים את האטומים של חומר אחר במולקולה)	A + BC = AB + C	CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2	Pb(NO 3) 2 + Zn = Zn(NO 3) 2 + Pb; Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2
(שני חומרים מחליפים את מרכיביהם ויוצרים שני חומרים חדשים)	AB + CD = AD + CB	AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 + 3NaCl; Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O

7.2. תגובות חיזור

כאמור, כל התגובות הכימיות מחולקות לשתי קבוצות:

תגובות כימיות המתרחשות עם שינוי במצב החמצון של האטומים המרכיבים את המגיבים נקראות תגובות חיזור.

חִמצוּןהוא תהליך של תרומת אלקטרונים על ידי אטום, מולקולה או יון:

Na o - 1e \u003d Na +;

Fe 2+ - e \u003d Fe 3+;

H 2 o - 2e \u003d 2H +;

2 Br - - 2e \u003d Br 2 o.

התאוששותהוא תהליך הוספת אלקטרונים לאטום, מולקולה או יון:

S o + 2e = S 2–;

Cr 3+ + e \u003d Cr 2+;

Cl 2 o + 2e \u003d 2Cl -;

Mn 7+ + 5e \u003d Mn 2+.

אטומים, מולקולות או יונים שמקבלים אלקטרונים נקראים מחמצנים. משחזריםהם אטומים, מולקולות או יונים שתורמים אלקטרונים.

נטילת אלקטרונים, חומר החמצון מצטמצם במהלך התגובה, והחומר המחמצן מתחמצן. החמצון תמיד מלווה בהפחתה ולהיפך. בדרך זו, מספר האלקטרונים שנתרם על ידי הגורם המחמצן שווה תמיד למספר האלקטרונים המקובל על ידי הגורם המחמצן.

7.2.1. מצב חמצון

מצב החמצון הוא המטען המותנה (פורמלי) של אטום בתרכובת, מחושב בהנחה שהוא מורכב מיונים בלבד. דרגת החמצון מסומנת בדרך כלל על ידי ספרה ערבית על גבי סמל היסוד עם סימן "+" או "–". לדוגמה, Al 3+, S 2–.

כדי למצוא את מצבי החמצון מונחים על ידי הכללים הבאים:

מצב החמצון של אטומים בחומרים פשוטים הוא אפס;

הסכום האלגברי של מצבי החמצון של אטומים במולקולה הוא אפס, ביון מורכב - מטען היון;

מצב החמצון של אטומי מתכת אלקלית הוא תמיד +1;

אטום המימן בתרכובות עם לא מתכות (CH 4, NH 3 וכו') מציג מצב חמצון של +1, ועם מתכות פעילות, מצב החמצון שלו הוא -1 (NaH, CaH 2 וכו');

אטום הפלואור בתרכובות מציג תמיד מצב חמצון של -1;

דרגת החמצון של אטום החמצן בתרכובות היא בדרך כלל -2, למעט פרוקסידים (H 2 O 2, Na 2 O 2), שבהם דרגת החמצון של החמצן היא -1, ועוד כמה חומרים (סופראוקסידים, אוזונידים). , פלואורידי חמצן).

מצב החמצון החיובי המרבי של יסודות בקבוצה שווה בדרך כלל למספר הקבוצה. יוצאי הדופן הם פלואור, חמצן, שכן מצב החמצון הגבוה ביותר שלהם נמוך ממספר הקבוצה בה הם נמצאים. יסודות של תת-קבוצת הנחושת יוצרים תרכובות שבהן מצב החמצון שלהם עולה על מספר הקבוצה (CuO, AgF 5, AuCl 3).

ניתן לקבוע את מצב החמצון השלילי המרבי של יסודות בתת הקבוצות העיקריות של הטבלה המחזורית על ידי הפחתת מספר הקבוצה משמונה. עבור פחמן, זה 8 - 4 \u003d 4, עבור זרחן - 8 - 5 \u003d 3.

בתתי הקבוצות העיקריות, כאשר עוברים מלמעלה למטה, היציבות של מצב החמצון החיובי הגבוה ביותר יורדת, בתתי קבוצות משניות, להיפך, היציבות של מצבי חמצון גבוהים עולה מלמעלה למטה.

ניתן להדגים את התניות של מושג מידת החמצון בדוגמה של כמה תרכובות אנאורגניות ואורגניות. בפרט, בחומצות פוספין (זרחן) H 3 RO 2, פוספוניות (זרחן) H 3 RO 3 וחומצות זרחתיות H 3 RO 4, מצבי החמצון של זרחן הם בהתאמה +1, +3 ו-+5, בעוד שבכל התרכובות הללו זרחן הוא מחומש. עבור פחמן במתאן CH 4, מתנול CH 3 OH, פורמלדהיד CH 2 O, חומצה פורמית HCOOH ופחמן חד חמצני (IV) CO 2, מצבי החמצון של פחמן הם -4, -2, 0, +2 ו-+4, בהתאמה , בעוד שכערך הערכיות של אטום הפחמן בכל התרכובות הללו היא ארבע.

למרות העובדה שמצב החמצון הוא מושג מותנה, הוא נמצא בשימוש נרחב בהכנת תגובות חיזור.

7.2.2. חומרי החמצון והמפחיתים החשובים ביותר

חומרי חמצון אופייניים הם:

1. חומרים פשוטים שהאטומים שלהם בעלי אלקטרושליליות גבוהה. אלה הם, קודם כל, היסודות של תת הקבוצות העיקריות של קבוצות VI ו- VII של המערכת המחזורית: חמצן, הלוגנים. מבין החומרים הפשוטים, חומר החמצון החזק ביותר הוא הפלואור.

2. תרכובות המכילות כמה קטיוני מתכת במצבי חמצון גבוהים: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+ וכו'.

3. תרכובות המכילות כמה אניונים מורכבים, שהיסודות בהם נמצאים במצבי חמצון חיוביים גבוהים: 2–, – – וכו'.

משחזרים כוללים:

1. חומרים פשוטים שהאטומים שלהם בעלי אלקטרושליליות נמוכה - מתכות פעילות. לא-מתכות, כגון מימן ופחמן, יכולות גם להפגין תכונות מפחיתות.

2. תרכובות מתכת מסוימות המכילות קטיונים (Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+), אשר על ידי תרומת אלקטרונים יכולים להגביר את מצב החמצון שלהם.

3. כמה תרכובות המכילות יונים פשוטים כמו, למשל, I -, S 2-.

4. תרכובות המכילות יונים מורכבים (S 4+ O 3) 2–, (НР 3+ O 3) 2–, שבהן אלמנטים יכולים, על ידי תרומת אלקטרונים, להגביר את מצב החמצון החיובי שלהם.

במעבדה משתמשים לרוב בחומרי החמצון הבאים:

אשלגן פרמנגנט (KMnO 4);

אשלגן דיכרומט (K 2 Cr 2 O 7);

חומצה חנקתית (HNO 3);

חומצה גופרתית מרוכזת (H 2 SO 4);

מי חמצן (H 2 O 2);

תחמוצות של מנגן (IV) ועופרת (IV) (MnO 2, PbO 2);

חנקתי אשלגן מותך (KNO 3) ונמסים של כמה חנקות אחרות.

חומרי הפחתה המשמשים במעבדה כוללים:

• מגנזיום (Mg), אלומיניום (Al) ומתכות פעילות אחרות;
• מימן (H 2) ופחמן (C);
• אשלגן יודיד (KI);
• נתרן גופרתי (Na 2 S) ומימן גופרתי (H 2 S);
• נתרן סולפיט (Na 2 SO 3);
• פח כלוריד (SnCl 2).

7.2.3. סיווג תגובות חיזור

תגובות חיזור מחולקות בדרך כלל לשלושה סוגים: תגובות בין-מולקולריות, תוך-מולקולריות וחוסר פרופורציה (חימצון עצמי-החלמה עצמית).

תגובות בין מולקולריותלהתרחש עם שינוי במצב החמצון של אטומים שנמצאים במולקולות שונות. לדוגמה:

2 Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2 Fe,

C + 4 HNO 3 (קונצרן) = CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2 O.

ל תגובות תוך מולקולריותכוללים תגובות כאלה שבהן חומר החמצון והחומר המפחית הם חלק מאותה מולקולה, למשל:

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

2 KNO 3 2 KNO 2 + O 2 .

בְּ תגובות חוסר פרופורציה(חימצון עצמי-ריפוי עצמי) אטום (יון) של אותו יסוד הוא גם חומר מחמצן וגם חומר מפחית:

Cl 2 + 2 KOH KCl + KClO + H 2 O,

2 NO 2 + 2 NaOH \u003d NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O.

7.2.4. כללים בסיסיים להידור תגובות חיזור

הכנת תגובות חיזור מתבצעת על פי השלבים המוצגים בטבלה. 7.2.

טבלה 7.2

שלבים של חיבור משוואות של תגובות חיזור

	פעולה
	קבע את חומר החמצון והחומר המצמצם.
	קבע את התוצרים של תגובת החיזור.
	ערכו מאזן אלקטרונים והשתמשו בו כדי לסדר את המקדמים לחומרים המשנים את מצבי החמצון שלהם.
	מסדרים את המקדמים של חומרים אחרים הלוקחים חלק ונוצרים בתגובת החיזור.
	בדוק את המיקום הנכון של המקדמים על ידי ספירת כמות החומר של האטומים (בדרך כלל מימן וחמצן) הממוקמים בצד שמאל וימין של משוואת התגובה.

שקול את הכללים להרכבת תגובות חיזור תוך שימוש בדוגמה של האינטראקציה של אשלגן סולפיט עם אשלגן פרמנגנט בסביבה חומצית:

1. קביעת חומר המחמצן והחומר המצמצם

מנגן, שנמצא במצב החמצון הגבוה ביותר, אינו יכול לתרום אלקטרונים. Mn 7+ יקבל אלקטרונים, כלומר. הוא חומר מחמצן.

יון S 4+ יכול לתרום שני אלקטרונים וללכת ל-S 6+, כלומר. הוא משחזר. לפיכך, בתגובה הנידונה, K 2 SO 3 הוא חומר מפחית, ו- KMnO 4 הוא חומר מחמצן.

2. הקמת תוצרי תגובה

K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4?

מתן שני אלקטרונים לאלקטרון, S 4+ נכנס ל-S 6+. אשלגן גופרתי (K 2 SO 3) הופך לפיכך לסולפט (K 2 SO 4). בסביבה חומצית, Mn 7+ מקבל 5 אלקטרונים ובתמיסת חומצה גופרתית (בינונית) יוצרת מנגן גופרתי (MnSO 4). כתוצאה מתגובה זו נוצרות גם מולקולות נוספות של אשלגן גופרתי (עקב יוני האשלגן המרכיבים את הפרמנגנט), וכן מולקולות מים. לפיכך, התגובה הנידונה יכולה להיכתב כך:

K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O.

3. קומפילציה של מאזן האלקטרונים

כדי להרכיב את מאזן האלקטרונים, יש צורך לציין את אותם מצבי חמצון המשתנים בתגובה הנבדקת:

K 2 S 4+ O 3 + KMn 7+ O 4 + H 2 SO 4 = K 2 S 6+ O 4 + Mn 2+ SO 4 + H 2 O.

Mn 7+ + 5 e \u003d Mn 2+;

S 4+ - 2 e \u003d S 6+.

מספר האלקטרונים שנתרם על ידי הגורם המחמצן חייב להיות שווה למספר האלקטרונים שקיבל הגורם המחמצן. לכן, שני Mn 7+ וחמישה S 4+ צריכים להשתתף בתגובה:

Mn 7+ + 5 e \u003d Mn 2+ 2,

S 4+ - 2 e \u003d S 6+ 5.

לפיכך, מספר האלקטרונים שנתרם על ידי הגורם המחמצן (10) יהיה שווה למספר האלקטרונים שיתקבל על ידי הגורם המחמצן (10).

4. סידור מקדמים במשוואת התגובה

בהתאם לאיזון האלקטרונים, יש צורך לשים מקדם של 5 מול K 2 SO 3, ו-2 מול KMnO 4. בצד ימין, שמים מקדם של 6 מול אשלגן גופרתי, שכן מולקולה אחת מתווספת לחמש מולקולות K 2 SO 4 שנוצרות במהלך החמצון של אשלגן סולפיט K 2 SO 4 כתוצאה מקשירת יוני אשלגן המרכיבים את הפרמנגנט. מאז כחומר מחמצן בתגובה להשתתף שתייםנוצרות גם מולקולות פרמנגנט, בצד ימין שתייםמולקולות מנגן גופרתי. כדי לקשור את תוצרי התגובה (יוני אשלגן ומנגן, שהם חלק מהפרמנגנט), יש צורך שְׁלוֹשָׁהמולקולות חומצה גופרתית, לכן, כתוצאה מהתגובה, שְׁלוֹשָׁהמולקולות מים. לבסוף אנחנו מקבלים:

5 K 2 SO 3 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 6 K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3 H 2 O.

5. בדיקת מיקום נכון של המקדמים במשוואת התגובה

מספר אטומי החמצן בצד שמאל של משוואת התגובה הוא:

5 3 + 2 4 + 3 4 = 35.

בצד ימין, המספר הזה יהיה:

6 4 + 2 4 + 3 1 = 35.

מספר אטומי המימן בצד שמאל של משוואת התגובה הוא שישה ומתאים למספר האטומים הללו בצד ימין של משוואת התגובה.

7.2.5. דוגמאות לתגובות חיזור המערבות חומרים מחמצנים והפחתים אופייניים

7.2.5.1. תגובות חמצון-הפחתה בין מולקולריות

להלן, תגובות חיזור הכוללות אשלגן פרמנגנט, אשלגן דיכרומט, מי חמצן, אשלגן ניטריט, אשלגן יודיד ואשלגן גופרתי נחשבות כדוגמאות. תגובות חיזור המערבות חומרים מחמצנים ומפחיתים טיפוסיים אחרים נדונות בחלק השני של המדריך ("כימיה אי-אורגנית").

תגובות חיזור הכוללות אשלגן פרמנגנט

בהתאם למדיום (חומצי, ניטרלי, אלקליין), אשלגן פרמנגנט, הפועל כחומר מחמצן, נותן תוצרי הפחתה שונים, איור. 7.1.

אורז. 7.1. יצירת מוצרים להפחתת אשלגן פרמנגנט במדיות שונות

להלן התגובות של KMnO 4 עם אשלגן גופרתי כחומר מפחית במדיות שונות, הממחישות את הסכימה, איור. 7.1. בתגובות אלו, תוצר החמצון של יון הגופרית הוא גופרית חופשית. בסביבה בסיסית, מולקולות KOH אינן לוקחות חלק בתגובה, אלא רק קובעות את תוצר ההפחתה של אשלגן פרמנגנט.

5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 \u003d 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O,

3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O 2 MnO 2 + 3 S + 8 KOH,

K 2 S + 2 KMnO 4 – (KOH) 2 K 2 MnO 4 + S.

תגובות חיזור המערבות אשלגן דיכרומט

בסביבה חומצית, אשלגן דיכרומט הוא חומר מחמצן חזק. תערובת של K 2 Cr 2 O 7 ו- H 2 SO 4 מרוכז (שיא כרום) נמצא בשימוש נרחב במעבדה כחומר מחמצן. באינטראקציה עם חומר מפחית, מולקולה אחת של אשלגן דיכרומט מקבלת שישה אלקטרונים, ויוצרת תרכובות כרום תלת ערכיות:

6 FeSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 +7 H 2 SO 4 \u003d 3 Fe 2 (SO 4) 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 +7 H 2 O;

6 KI + K 2 Cr 2 O 7 + 7 H 2 SO 4 \u003d 3 I 2 + Cr 2 (SO 4) 3 + 4 K 2 SO 4 + 7 H 2 O.

תגובות חיזור הכוללות מי חמצן ואשלגן ניטריט

מי חמצן ואשלגן ניטריט מציגים בעיקר תכונות חמצון:

H 2 S + H 2 O 2 \u003d S + 2 H 2 O,

2 KI + 2 KNO 2 + 2 H 2 SO 4 \u003d I 2 + 2 K 2 SO 4 + H 2 O,

עם זאת, בעת אינטראקציה עם חומרי חמצון חזקים (כגון, למשל, KMnO 4), מי חמצן ואשלגן ניטריט פועלים כחומר מפחית:

5 H 2 O 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 5 O 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O,

5 KNO 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 5 KNO 3 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3 H 2 O.

יצוין כי, בהתאם למדיום, מי חמצן מופחת בהתאם לתוכנית באיור. 7.2.

אורז. 7.2. מוצרים אפשריים של הפחתת מי חמצן

במקרה זה, כתוצאה מהתגובות, נוצרים יוני מים או הידרוקסיד:

2 FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O,

2 KI + H 2 O 2 \u003d I 2 + 2 KOH.

7.2.5.2. תגובות חיזור תוך-מולקולריות

תגובות חיזור תוך-מולקולריות מתרחשות, ככלל, כאשר חומרים מחוממים, שהמולקולות שלהם מכילות חומר מפחית וחומר מחמצן. דוגמאות לתגובות הפחתה-חמצון תוך-מולקולרית הן תהליכי הפירוק התרמי של חנקות ואשלגן פרמנגנט:

2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2,

2 Cu(NO 3) 2 2 CuO + 4 NO 2 + O 2,

Hg (NO 3) 2 Hg + NO 2 + O 2,

2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .

7.2.5.3. תגובות חוסר פרופורציה

כפי שצוין לעיל, בתגובות חוסר פרופורציה, אותו אטום (יון) הוא גם חומר מחמצן וגם חומר מפחית. שקול את התהליך של קומפילציה מסוג זה של תגובה באמצעות הדוגמה של האינטראקציה של גופרית עם אלקלי.

מצבי חמצון אופייניים של גופרית: – 2, 0, +4 ו-+6. הגופרית היסודית, הפועלת כחומר מפחית, תורמת 4 אלקטרונים:

כך – 4e = S 4+.

גוֹפרִית – חומר החמצון מקבל שני אלקטרונים:

S o + 2e \u003d S 2–.

כך, כתוצאה מתגובת חוסר פרופורציה של גופרית, נוצרות תרכובות, מצבי החמצון של היסוד שבו – 2 וימין +4:

3 S + 6 KOH \u003d 2 K 2 S + K 2 SO 3 + 3 H 2 O.

כאשר תחמוצת החנקן (IV) לא פרופורציונלית באלקלי, מתקבלים ניטריט וניטראט - תרכובות שבהן מצבי החמצון של חנקן הם בהתאמה +3 ו- +5:

2 N 4+ O 2 + 2 KOH = KN 3+ O 2 + KN 5+ O 3 + H 2 O,

חוסר הפרופורציה של כלור בתמיסת אלקלית קרה מוביל להיווצרות היפוכלוריט, ובחם - כלורט:

Cl 0 2 + 2 KOH \u003d KCl - + KCl + O + H 2 O,

Cl 0 2 + 6 KOH 5 KCl - + KCl 5+ O 3 + 3H 2 O.

7.3. הַפרָדָה חַשְׁמָלִית

תהליך החיזור המתרחש בתמיסות או נמס כאשר מועבר דרכם זרם חשמלי ישיר נקרא אלקטרוליזה. במקרה זה, אניונים מתחמצנים באלקטרודה החיובית (אנודה). קטיונים מופחתים באלקטרודה השלילית (קתודה).

2 Na 2 CO 3 4 Na + O 2 + 2CO 2.

במהלך האלקטרוליזה של תמיסות מימיות של אלקטרוליטים, יחד עם התמורות של החומר המומס, יכולים להתרחש תהליכים אלקטרוכימיים בהשתתפות יוני מימן ויוני הידרוקסיד של מים:

קתודה (-): 2 H + + 2e \u003d H 2,

אנודה (+): 4 OH - - 4e \u003d O 2 + 2 H 2 O.

במקרה זה, תהליך ההתאוששות בקתודה מתרחש באופן הבא:

1. קטיוני מתכת פעילים (עד Al 3+ כולל) אינם מופחתים בקתודה, מימן מופחת במקום.

2. קטיוני מתכת הממוקמים בסדרת פוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי (בסדרת המתחים) מימין למימן מופחתים בקתודה לשחרור מתכות במהלך האלקטרוליזה.

3. קטיוני מתכת הממוקמים בין Al 3+ ו- H + מופחתים בקתודה בו זמנית עם קטיון המימן.

התהליכים המתרחשים בתמיסות מימיות באנודה תלויים בחומר ממנו עשויה האנודה. יש אנודות בלתי מסיסות ( נרפה) ומסיס ( פָּעִיל). גרפיט או פלטינה משמשים כחומר של אנודות אינרטיות. אנודות מסיסות עשויות מנחושת, אבץ ומתכות אחרות.

במהלך האלקטרוליזה של תמיסות עם אנודה אינרטית, ניתן ליצור את המוצרים הבאים:

1. במהלך החמצון של יוני הליד משתחררים הלוגנים חופשיים.

2. במהלך האלקטרוליזה של תמיסות המכילות אניונים SO 2 2– , NO 3 – , PO 4 3– משתחרר חמצן, כלומר. לא היונים האלה מתחמצנים באנודה, אלא מולקולות מים.

בהתחשב בכללים לעיל, שקול כדוגמה את האלקטרוליזה של תמיסות מימיות של NaCl, CuSO 4 ו-KOH עם אלקטרודות אינרטיות.

אחד). בתמיסה, נתרן כלורי מתפרק ליונים.

תהליכים רבים שבלעדיהם אי אפשר לדמיין את חיינו (כגון נשימה, עיכול, פוטוסינתזה וכדומה) קשורים לתגובות כימיות שונות של תרכובות אורגניות (ואורגניות). בואו נסתכל על הסוגים העיקריים שלהם ונתעכב ביתר פירוט על התהליך שנקרא חיבור (התקשרות).

מה שנקרא תגובה כימית

ראשית, כדאי לתת הגדרה כללית לתופעה זו. הביטוי הנדון מתייחס לתגובות שונות של חומרים במורכבות משתנה, וכתוצאה מכך נוצרים מוצרים שונים מהמקוריים. החומרים המעורבים בתהליך זה מכונים "ריאגנטים".

בכתיבה, התגובה הכימית של תרכובות אורגניות (ואורגניות) נכתבת באמצעות משוואות מיוחדות. כלפי חוץ, הם קצת כמו דוגמאות מתמטיות של חיבור. עם זאת, במקום סימן שווה ("="), נעשה שימוש בחצים ("→" או "⇆"). בנוסף, לפעמים יכולים להיות יותר חומרים בצד ימין של המשוואה מאשר בצד שמאל. הכל לפני החץ הוא החומרים לפני תחילת התגובה (צד שמאל של הנוסחה). כל מה שאחריו (הצד הימני) הוא התרכובות שנוצרו כתוצאה מהתהליך הכימי שהתרחש.

כדוגמה למשוואה כימית, אנו יכולים להתייחס למים למימן ולחמצן בהשפעת זרם חשמלי: 2H 2 O → 2H 2 + O 2. מים הם המגיב הראשוני, וחמצן ומימן הם התוצרים.

כדוגמה נוספת, אך מורכבת יותר, לתגובה כימית של תרכובות, אנו יכולים לשקול תופעה המוכרת לכל עקרת בית שאפתה ממתקים לפחות פעם אחת. אנחנו מדברים על הסרת סודה לשתייה עם חומץ שולחן. הפעולה המתמשכת מומחשת באמצעות המשוואה הבאה: NaHCO 3 +2 CH 3 COOH → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O. ממנה ברור שבתהליך האינטראקציה של נתרן ביקרבונט וחומץ, מלח נתרן של אצטית נוצרים חומצה, מים ופחמן דו חמצני.

מטבעו, הוא תופס עמדת ביניים בין פיזי לגרעיני.

שלא כמו הראשונים, תרכובות המשתתפות בתגובות כימיות מסוגלות לשנות את הרכבן. כלומר, מאטומים של חומר אחד יכולים להיווצר כמה אחרים, כמו במשוואה לעיל לפירוק מים.

בניגוד לתגובות גרעיניות, תגובות כימיות אינן משפיעות על גרעיני האטומים של החומרים המקיימים אינטראקציה.

מהם סוגי התהליכים הכימיים

התפלגות התגובות של תרכובות לפי סוג מתרחשת על פי קריטריונים שונים:

• הפיכות / אי הפיכות.
• נוכחות/היעדר חומרים ותהליכים מזרזים.
• על ידי ספיגה/שחרור של חום (תגובות אנדותרמיות/אקזותרמיות).
• לפי מספר השלבים: הומוגניים/הטרוגניים ושני זנים היברידיים.
• על ידי שינוי מצבי החמצון של החומרים המקיימים אינטראקציה.

סוגי תהליכים כימיים בדרך של אינטראקציה

קריטריון זה מיוחד. בעזרתו מבחינים בארבעה סוגי תגובות: חיבור, החלפה, פירוק (פיצול) והחלפה.

השם של כל אחד מהם מתאים לתהליך שהוא מתאר. כלומר, הם משולבים, בהחלפה הם משתנים לקבוצות אחרות, בפירוק מגיב אחד נוצרים כמה, ובחילופי משתתפי התגובה משנים אטומים בינם לבין עצמם.

סוגי תהליכים לפי שיטת האינטראקציה בכימיה אורגנית

למרות המורכבות הרבה, התגובות של תרכובות אורגניות מתרחשות על פי אותו עיקרון כמו אלו האנאורגניות. עם זאת, יש להם שמות שונים במקצת.

אז, התגובות של שילוב ופירוק נקראות "תוספת", כמו גם "ביקוע" (חיסול) ופירוק אורגני ישירות (בחלק זה של כימיה ישנם שני סוגים של תהליכי פיצול).

תגובות אחרות של תרכובות אורגניות הן החלפה (השם אינו משתנה), סידור מחדש (החלפה) ותהליכי חיזור. למרות הדמיון של מנגנוני התרחשותם, בחומר אורגני הם רב-גוניים יותר.

תגובה כימית של התרכובת

לאחר ששקלנו את סוגי התהליכים השונים אליהם נכנסים חומרים בכימיה אורגנית ואנאורגנית, כדאי להתעכב ביתר פירוט על התרכובת.

תגובה זו שונה מכל האחרות בכך שללא קשר למספר הריאגנטים בתחילתה, בסוף כולם מתאחדים לאחד.

כדוגמה, אנו יכולים להיזכר בתהליך של השריית סיד: CaO + H 2 O → Ca (OH) 2. במקרה זה, מתרחשת התגובה של השילוב של תחמוצת סידן (quicklime) עם תחמוצת מימן (מים). כתוצאה מכך נוצר סידן הידרוקסיד (סיד מושפל) ומשתחררים אדים חמים. אגב, זה אומר שהתהליך הזה הוא באמת אקסותרמי.

משוואת תגובה מורכבת

באופן סכמטי, ניתן לתאר את התהליך הנדון באופן הבא: A+BV → ABC. בנוסחה זו, ABV הוא ה-A החדש שנוצר - מגיב פשוט, ו-BV - גרסה של תרכובת מורכבת.

ראוי לציין שנוסחה זו אופיינית גם לתהליך ההוספה והחיבור.

דוגמאות לתגובה הנבדקת הן האינטראקציה של תחמוצת נתרן ופחמן דו חמצני (NaO 2 + CO 2 (t 450-550 מעלות צלזיוס) → Na 2 CO 3), כמו גם תחמוצת גופרית עם חמצן (2SO 2 + O 2 → 2SO 3).

מספר תרכובות מורכבות מסוגלות גם להגיב זו עם זו: AB + VG → ABVG. לדוגמה, כל אותו תחמוצת נתרן ותחמוצת מימן: NaO 2 + H 2 O → 2NaOH.

תנאי תגובה בתרכובות אנאורגניות

כפי שהוצג במשוואה הקודמת, חומרים בדרגות שונות של מורכבות יכולים להיכנס לאינטראקציה הנידונה.

במקרה זה, עבור ריאגנטים פשוטים ממקור אנאורגני, תגובות חיזור של התרכובת (A + B → AB) אפשריות.

כדוגמה, נוכל לשקול את תהליך קבלת הטריוולנטי לשם כך מתבצעת תגובה תרכובת בין כלור לפרום (ברזל): 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3.

אם אנחנו מדברים על אינטראקציה של חומרים אנאורגניים מורכבים (AB + VG → ABVG), יכולים להתרחש תהליכים בהם, גם משפיעים וגם לא משפיעים על הערכיות שלהם.

כהמחשה לכך, שקול את הדוגמה של היווצרות סידן ביקרבונט מפחמן דו חמצני, תחמוצת מימן (מים) וצבעי מאכל לבן E170 (סידן פחמתי): CO 2 + H 2 O + CaCO 3 → Ca (CO 3) 2 במקרה זה, יש לה תגובת צימוד קלאסית. במהלך יישומו, הערכיות של הריאגנטים אינה משתנה.

משוואה כימית מעט יותר מושלמת (מהראשונה) 2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3 היא דוגמה לתהליך חיזור באינטראקציה של ריאגנטים אנאורגניים פשוטים ומורכבים: גז (כלור) ומלח (ברזל כלוריד).

סוגי תגובות הוספה בכימיה אורגנית

כפי שכבר צוין בפסקה הרביעית, בחומרים ממקור אורגני, התגובה המדוברת נקראת "תוספת". ככלל נוטלים בו חלק חומרים מורכבים בעלי קשר כפול (או משולש).

לדוגמה, התגובה בין דיברום ואתילן, המובילה להיווצרות 1,2-דיברומואתאן: (C 2 H 4) CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → (C₂H₄Br₂) BrCH 2 - CH 2 Br. אגב, סימנים הדומים לשווים ומינוס ("=" ו"-") במשוואה זו מראים את הקשרים בין האטומים של חומר מורכב. זוהי תכונה של כתיבת נוסחאות של חומרים אורגניים.

בהתאם לאיזו מהתרכובות פועלות כריאגנטים, נבדלים מספר סוגים של תהליך ההוספה הנדון:

• הידרוגנציה (מולקולות מימן H מתווספות לאורך הקשר המרובה).
• הידרוהלוגנציה (מוסף מימן הליד).
• הלוגן (תוספת הלוגנים Br 2, Cl 2 וכדומה).
• פילמור (היווצרות ממספר תרכובות במשקל מולקולרי נמוך של חומרים בעלי משקל מולקולרי גבוה).

דוגמאות לתגובות הוספה (תרכובות)

לאחר פירוט הזנים של התהליך הנדון, כדאי ללמוד בפועל כמה דוגמאות לתגובה המורכבת.

כהמחשה של הידרוגנציה, אתה יכול לשים לב למשוואה לאינטראקציה של פרופן עם מימן, וכתוצאה מכך יופיע פרופאן: (C 3 H 6) CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → (C 3 H 8) CH 3 -CH 2 -CH 3 .

בכימיה אורגנית, תגובה תרכובת (תוספת) יכולה להתרחש בין חומצה הידרוכלורית (חומר לא אורגני) ואתילן ליצירת כלורואתן: (C 2 H 4 ) CH 2 = CH 2 + HCl → CH 3 - CH 2 -Cl (C 2 H 5 Cl ). המשוואה המוצגת היא דוגמה להידרוהלוגנציה.

לגבי הלוגנציה, ניתן להמחיש זאת על ידי התגובה בין דיכלור לאתילן המובילה ליצירת 1,2-דיכלורואתן: (C 2 H 4 ) CH 2 = CH 2 + Cl 2 → (C₂H₄Cl₂) ClCH 2 -CH 2 Cl .

חומרים שימושיים רבים נוצרים עקב כימיה אורגנית. התגובה של חיבור (התקשרות) של מולקולות אתילן עם יוזם פילמור רדיקלי בהשפעת אולטרה סגול היא אישור לכך: n CH 2 \u003d CH 2 (R ואור UV) → (-CH 2 -CH 2 -) n . החומר שנוצר בדרך זו מוכר היטב לכל אדם בשם פוליאתילן.

מחומר זה עשויים סוגים שונים של אריזות, שקיות, כלים, צינורות, חומרי בידוד ועוד. תכונה של חומר זה היא האפשרות למיחזור שלו. פוליאתילן חייב את הפופולריות שלו לעובדה שהוא אינו מתפרק, ולכן לשוחרי איכות הסביבה יש יחס שלילי אליו. עם זאת, בשנים האחרונות נמצאה דרך להיפטר בצורה בטוחה ממוצרי פוליאתילן. לשם כך, החומר מטופל בחומצה חנקתית (HNO 3). לאחר מכן, סוגים מסוימים של חיידקים מסוגלים לפרק את החומר הזה לרכיבים בטוחים.

לתגובת החיבור (הוספה) תפקיד חשוב בטבע ובחיי האדם. בנוסף, הוא משמש לעתים קרובות על ידי מדענים במעבדות כדי לסנתז חומרים חדשים עבור מחקרים חשובים שונים.

תגובות פירוק ממלאות תפקיד חשוב בחיי כדור הארץ. אחרי הכל, הם תורמים להרס של מוצרי פסולת של כל האורגניזמים הביולוגיים. בנוסף, תהליך זה מסייע לגוף האדם לספוג תרכובות מורכבות שונות על בסיס יומיומי על ידי פירוקן לפשוטות (קטבוליזם). בנוסף לכל האמור לעיל, תגובה זו תורמת להיווצרות של חומרים אורגניים ואי-אורגניים פשוטים מחומרים מורכבים. בואו ללמוד עוד על תהליך זה, וגם להסתכל על דוגמאות מעשיות של התגובה הכימית לפירוק.

מה נקראים תגובות בכימיה, מהם הסוגים שלהם ובמה הם תלויים

לפני לימוד מידע על פירוק, כדאי ללמוד עליו באופן כללי. שם זה מתייחס ליכולת של מולקולות של חומרים מסוימים ליצור אינטראקציה עם אחרים וליצור תרכובות חדשות בדרך זו.

לדוגמה, אם חמצן ושתיים מתקשרים זה עם זה, התוצאה תהיה שתי מולקולות של תחמוצת מימן, שכולנו מכירים כמים. ניתן לכתוב תהליך זה באמצעות המשוואה הכימית הבאה: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

למרות שישנם קריטריונים שונים שלפיהם מבחינים תגובות כימיות (השפעה תרמית, זרזים, נוכחות/היעדר גבולות פאזה, שינויים במצבי החמצון של ריאגנטים, הפיכות/אי-הפיך), לרוב הם מסווגים לפי סוג הטרנספורמציה של אינטראקציה חומרים.

לפיכך, נבדלים ארבעה סוגים של תהליכים כימיים.

• מתחם.
• הִתפָּרְקוּת.
• לְהַחלִיף.
• החלפה.

כל התגובות לעיל נכתבות בצורה גרפית באמצעות משוואות. הסכימה הכללית שלהם נראית כך: A → B.

בצד שמאל של נוסחה זו נמצאים הריאגנטים הראשוניים, ובצד ימין - החומרים הנוצרים כתוצאה מהתגובה. ככלל, זה דורש חשיפה לטמפרטורה, חשמל, או שימוש בתוספים קטליטיים כדי להתחיל אותו. יש לציין את נוכחותם גם במשוואה הכימית.

פירוקים (פיצול)

סוג זה של תהליך כימי מאופיין ביצירת שתיים או יותר תרכובות חדשות ממולקולות של חומר אחד.

במילים פשוטות יותר, ניתן להשוות את תגובת הפירוק לבית של מעצב. לאחר שהחליט לבנות מכונית וסירה, הילד מפרק את המבנה הראשוני ובונה את הרצוי מחלקיו. יחד עם זאת, מבנה האלמנטים של הקונסטרוקטור עצמו אינו משתנה, בדיוק כפי שקורה עם האטומים של החומר המעורב בפיצול.

איך נראית משוואת התגובה הנחשבת?

למרות העובדה שמאות חיבורים מסוגלים להיפרד לרכיבים פשוטים יותר, כל התהליכים הללו מתרחשים על פי אותו עיקרון. אתה יכול לתאר אותו באמצעות הנוסחה הסכמטית: ABV → A + B + C.

בו, ABV הוא התרכובת הראשונית שעברה מחשוף. A, B ו-C הם חומרים הנוצרים מהאטומים של ABV במהלך תגובת הפירוק.

סוגי תגובות מחשוף

כפי שהוזכר לעיל, על מנת להתחיל תהליך כימי, לעתים קרובות יש צורך בהשפעה מסוימת על הריאגנטים. בהתאם לסוג הגירוי הזה, ישנם מספר סוגי פירוק:

פירוק אשלגן פרמנגנט (KMnO4)

לאחר התמודדות עם התיאוריה, כדאי לשקול דוגמאות מעשיות לתהליך פיצול חומרים.

הראשון שבהם יהיה ריקבון של KMnO 4 (המכונה בדרך כלל אשלגן פרמנגנט) עקב חימום. משוואת התגובה נראית כך: 2KMnO 4 (t 200°C) → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

מהנוסחה הכימית המוצגת ניתן לראות שעל מנת להפעיל את התהליך יש צורך לחמם את המגיב הראשוני ל-200 מעלות צלזיוס. לתגובה טובה יותר, אשלגן פרמנגנט מונח בכלי ואקום. מכאן נוכל להסיק שתהליך זה הוא פירוליזה.

במעבדות ובייצור הוא מתבצע להשגת חמצן טהור ומבוקר.

תרמוליזה של אשלגן כלורט (KClO3)

תגובת הפירוק של מלח Berthollet היא דוגמה נוספת לתרמוליזה קלאסית טהורה.

התהליך שהוזכר עובר שני שלבים ונראה כך:

• 2 KClO 3 (t 400 מעלות צלזיוס) → 3KClO 4 + KCl.
• KClO 4 (t מ-550 מעלות צלזיוס) → KCl + 2O2

כמו כן, תרמוליזה של אשלגן כלוראט יכולה להתבצע בטמפרטורות נמוכות יותר (עד 200 מעלות צלזיוס) בשלב אחד, אך לשם כך יש צורך שחומרים מזרזים ישתתפו בתגובה - תחמוצות של מתכות שונות (קופרום, פרום, מנגן, וכו.).

משוואה מסוג זה תיראה כך: 2KClO 3 (t 150°C, MnO 2) → KCl + 2O 2.

כמו אשלגן פרמנגנט, מלח ברטולט משמש במעבדות ובתעשייה לייצור חמצן טהור.

אלקטרוליזה ורדיוליזה של מים (H20)

דוגמה מעשית מעניינת נוספת לתגובה הנבדקת היא פירוק המים. ניתן לייצר אותו בשתי דרכים:

• בהשפעת זרם חשמלי על תחמוצת מימן: H 2 O → H 2 + O 2. השיטה הנחשבת להשגת חמצן משמשת צוללות על הצוללות שלהם. גם בעתיד מתוכנן להשתמש בו להפקת מימן בכמויות גדולות. המכשול העיקרי לכך כיום הוא עלויות האנרגיה העצומות הנדרשות כדי לעורר את התגובה. כאשר תימצא דרך למזער אותם, אלקטרוליזה של מים תהפוך לדרך העיקרית לייצר לא רק מימן, אלא גם חמצן.
• ניתן לפצל מים גם כאשר הם נחשפים לקרינת אלפא: H 2 O → H 2 O + +e -. כתוצאה מכך, מולקולת תחמוצת המימן מאבדת אלקטרון אחד והופכת למיוננת. בצורה זו, H2O + מגיב שוב עם מולקולות מים ניטרליות אחרות, ויוצר רדיקל הידרוקסיד תגובתי מאוד: H2O + H2O + → H2O + OH. האלקטרון האבוד, בתורו, גם מגיב במקביל למולקולות תחמוצת מימן ניטרליות, ותורם לפירוקן לרדיקלים H ו-OH: H 2 O + e - → H + OH.

פירוק האלקנים: מתאן

בהתחשב בדרכים השונות להפרדת חומרים מורכבים, כדאי לשים לב במיוחד לתגובת הפירוק של אלקנים.

שם זה מסתיר פחמימנים רוויים עם הנוסחה הכללית C X H 2X + 2. במולקולות של החומרים הנבדקים, כל אטומי הפחמן מחוברים בקשרים בודדים.

נציגים של סדרה זו נמצאים בטבע בכל שלושת מצבי הצבירה (גז, נוזל, מוצק).

כל האלקנים (תגובת הפירוק של נציגי סדרה זו היא למטה) קלים יותר ממים ואינם מתמוססים בהם. עם זאת, הם עצמם ממיסים מצוינים עבור תרכובות אחרות.

בין המאפיינים הכימיים העיקריים של חומרים כאלה (בעירה, החלפה, הלוגנציה, דה-הידרוגנציה) - והיכולת להתפצל. עם זאת, תהליך זה יכול להתרחש באופן מלא או חלקי.

ניתן להתייחס לתכונה שלעיל בדוגמה של תגובת הפירוק של מתאן (החבר הראשון בסדרת האלקנים). תרמוליזה זו מתרחשת ב-1000 מעלות צלזיוס: CH 4 → C+2H 2.

עם זאת, אם תגובת פירוק המתאן מתבצעת בטמפרטורה גבוהה יותר (1500 מעלות צלזיוס), ולאחר מכן היא מופחתת בחדות, גז זה לא יתפצל לחלוטין, ויוצר אתילן ומימן: 2CH 4 → C 2 H 4 + 3H 2.

פירוק איתן

החבר השני בסדרת האלקן הנבדקת הוא C 2 H 4 (אתאן). תגובת הפירוק שלו מתרחשת גם בהשפעת טמפרטורה גבוהה (50 מעלות צלזיוס) ובהיעדר מוחלט של חמצן או חומרי חמצון אחרים. זה נראה כך: C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2.

משוואת התגובה לעיל לפירוק אתאן למימן ואתילן אינה יכולה להיחשב פירוליזה בצורתה הטהורה. העובדה היא שתהליך זה מתרחש עם נוכחות של זרז (לדוגמה, ניקל מתכת Ni או אדי מים), וזה סותר את ההגדרה של פירוליזה. לכן, נכון לדבר על דוגמת הפיצול שהוצגה לעיל כתהליך פירוק המתרחש במהלך פירוליזה.

יש לציין כי התגובה הנחשבת נמצאת בשימוש נרחב בתעשייה להשגת התרכובת האורגנית המיוצרת ביותר בעולם - גז אתילן. עם זאת, בשל הנפיצות של C 2 H 6, האלקן הפשוט ביותר הזה מסונתז לעתים קרובות יותר מחומרים אחרים.

לאחר שקלטנו את ההגדרות, המשוואה, הסוגים והדוגמאות השונות של תגובת הפירוק, אנו יכולים להסיק שהיא ממלאת תפקיד חשוב מאוד לא רק לגוף האדם ולטבע, אלא גם לתעשייה. כמו כן, בעזרתו במעבדות, ניתן לסנתז חומרים שימושיים רבים, מה שעוזר למדענים לבצע