Die Einteilung chemischer Reaktionen in der anorganischen und organischen Chemie erfolgt anhand verschiedener Einteilungsmerkmale, deren Einzelheiten in der folgenden Tabelle aufgeführt sind.

Durch Änderung der Oxidationsstufe von Elementen

Das erste Zeichen der Klassifizierung ist die Veränderung des Oxidationsgrades der Elemente, die die Reaktanten und Produkte bilden.
a) Redox
b) ohne Änderung der Oxidationsstufe
Redox sogenannte Reaktionen, die von einer Änderung der Oxidationsstufen der chemischen Elemente begleitet werden, aus denen die Reagenzien bestehen. Redox umfasst in der anorganischen Chemie alle Substitutionsreaktionen sowie solche Zersetzungs- und Verbindungsreaktionen, an denen mindestens ein einfacher Stoff beteiligt ist. Reaktionen, die ablaufen, ohne die Oxidationsstufen der Elemente zu ändern, die die Reaktanten und Reaktionsprodukte bilden, umfassen alle Austauschreaktionen.

Je nach Anzahl und Zusammensetzung der Reagenzien und Produkte

Chemische Reaktionen werden nach der Art des Prozesses klassifiziert, dh nach der Anzahl und Zusammensetzung der Reaktanten und Produkte.

Verbindungsreaktionen chemische Reaktionen genannt, wodurch komplexe Moleküle aus mehreren einfacheren erhalten werden, zum Beispiel:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

Zersetzungsreaktionen sogenannte chemische Reaktionen, durch die einfache Moleküle aus komplexeren erhalten werden, zum Beispiel:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

Zersetzungsreaktionen können als umgekehrte Prozesse zur Verbindung angesehen werden.

Substitutionsreaktionen werden chemische Reaktionen genannt, bei denen ein Atom oder eine Atomgruppe in einem Molekül eines Stoffes durch ein anderes Atom oder eine Atomgruppe ersetzt wird, zum Beispiel:
Fe + 2 HCl \u003d FeCl 2 + H 2 

Ihr Unterscheidungsmerkmal ist die Wechselwirkung einer einfachen Substanz mit einer komplexen. Solche Reaktionen gibt es in der organischen Chemie.
Allerdings ist das Konzept der "Substitution" in der organischen Chemie weiter gefasst als in der anorganischen Chemie. Wird ein Atom oder eine funktionelle Gruppe im Molekül des Ausgangsstoffes durch ein anderes Atom oder eine andere Gruppe ersetzt, handelt es sich ebenfalls um Substitutionsreaktionen, obwohl der Vorgang aus Sicht der anorganischen Chemie wie eine Austauschreaktion aussieht.
- Austausch (einschließlich Neutralisation).
Austauschreaktionen nennen chemische Reaktionen, die ohne Änderung der Oxidationsstufen der Elemente ablaufen und zum Austausch der Bestandteile der Reagenzien führen, zum Beispiel:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

Laufen Sie wenn möglich in die entgegengesetzte Richtung.

Wenn möglich, gehen Sie in die entgegengesetzte Richtung vor - reversibel und irreversibel.

reversibel sogenannte chemische Reaktionen, die bei einer bestimmten Temperatur gleichzeitig in zwei entgegengesetzten Richtungen mit angemessener Geschwindigkeit ablaufen. Beim Schreiben der Gleichungen solcher Reaktionen wird das Gleichheitszeichen durch entgegengesetzt gerichtete Pfeile ersetzt. Das einfachste Beispiel einer reversiblen Reaktion ist die Synthese von Ammoniak durch die Wechselwirkung von Stickstoff und Wasserstoff:

N2 + 3H2 ↔2NH3

irreversibel sind Reaktionen, die nur in Vorwärtsrichtung ablaufen, wodurch Produkte entstehen, die nicht miteinander wechselwirken. Irreversibel sind chemische Reaktionen, bei denen leicht dissoziierte Verbindungen entstehen, bei denen viel Energie freigesetzt wird, sowie solche, bei denen die Endprodukte die Reaktionssphäre gasförmig oder als Niederschlag verlassen, zum Beispiel:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2 NaBr

Durch thermische Wirkung

exotherm sind chemische Reaktionen, die Wärme freisetzen. Das Symbol für die Änderung der Enthalpie (Wärmeinhalt) ist ΔH, und der thermische Effekt der Reaktion ist Q. Für exotherme Reaktionen ist Q > 0 und ΔH< 0.

endothermisch sogenannte chemische Reaktionen, die unter Aufnahme von Wärme ablaufen. Für endotherme Reaktionen Q< 0, а ΔH > 0.

Kupplungsreaktionen sind im Allgemeinen exotherme Reaktionen und Zersetzungsreaktionen sind endotherm. Eine seltene Ausnahme ist die Reaktion von Stickstoff mit Sauerstoff - endotherm:
N2 + O2 → 2NO - Q

Nach Phase

homogen sogenannte Reaktionen, die in einem homogenen Medium auftreten (homogene Substanzen, in einer Phase, z. B. g-g, Reaktionen in Lösungen).

heterogen bezeichnet Reaktionen, die in einem inhomogenen Medium an der Kontaktfläche der reagierenden Stoffe in unterschiedlichen Phasen, z. B. fest und gasförmig, flüssig und gasförmig, in zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, ablaufen.

Durch die Verwendung eines Katalysators

Ein Katalysator ist eine Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt.

katalytische Reaktionen nur in Gegenwart eines Katalysators (einschließlich enzymatischer) ablaufen.

Nichtkatalytische Reaktionen in Abwesenheit eines Katalysators laufen.

Nach Art des Bruchs

Je nach Art des chemischen Bindungsbruchs im Ausgangsmolekül werden homolytische und heterolytische Reaktionen unterschieden.

homolytisch sogenannte Reaktionen, bei denen durch Aufbrechen von Bindungen Teilchen gebildet werden, die ein ungepaartes Elektron haben - freie Radikale.

Heterolytisch sogenannte Reaktionen, die durch die Bildung von ionischen Partikeln ablaufen - Kationen und Anionen.

• homolytisch (gleiche Lücke, jedes Atom erhält 1 Elektron)
• heterolytisch (ungleiche Lücke - man bekommt ein Elektronenpaar)

Radikale(Ketten-) chemische Reaktionen unter Beteiligung von Radikalen werden beispielsweise genannt:

CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl

Ionisch sogenannte chemische Reaktionen, die unter Beteiligung von Ionen ablaufen, zum Beispiel:

KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓

Elektrophil bezieht sich auf heterolytische Reaktionen organischer Verbindungen mit Elektrophilen – Teilchen, die eine ganze oder teilweise positive Ladung tragen. Sie werden beispielsweise in Reaktionen der elektrophilen Substitution und der elektrophilen Addition unterteilt:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C \u003d CH 2 + Br 2 → BrCH 2 -CH 2 Br

Nucleophil bezieht sich auf heterolytische Reaktionen organischer Verbindungen mit Nucleophilen – Teilchen, die eine ganzzahlige oder gebrochene negative Ladung tragen. Sie werden beispielsweise in nukleophile Substitutions- und nukleophile Additionsreaktionen unterteilt:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

CH 3 C (O) H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH (OC 2 H 5) 2 + H 2 O

Klassifizierung organischer Reaktionen

Die Klassifizierung organischer Reaktionen ist in der Tabelle angegeben:

Alle Stoffe lassen sich einteilen einfach (bestehend aus Atomen eines chemischen Elements) und Komplex (bestehend aus Atomen verschiedener chemischer Elemente). Elementarstoffe werden unterteilt in Metalle und Nichtmetalle.

Metalle haben einen charakteristischen „metallischen“ Glanz, Formbarkeit, Formbarkeit, können zu Blechen gewalzt oder zu Draht gezogen werden, haben eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit. Bei Raumtemperatur befinden sich alle Metalle außer Quecksilber in einem festen Zustand.

Nichtmetalle haben keinen Glanz, sind spröde und leiten Wärme und Elektrizität nicht gut. Einige Nichtmetalle befinden sich bei Raumtemperatur in einem gasförmigen Zustand.

Verbindungen werden in organische und anorganische unterteilt.

Organisch Verbindungen werden allgemein als Kohlenstoffverbindungen bezeichnet. Organische Verbindungen sind Bestandteile biologischer Gewebe und die Grundlage des Lebens auf der Erde.

Alle anderen Verbindungen werden gerufen anorganisch (selten mineralisch). Einfache Kohlenstoffverbindungen (CO, CO 2 und eine Reihe anderer) werden üblicherweise als anorganische Verbindungen bezeichnet, sie werden üblicherweise im Rahmen der anorganischen Chemie betrachtet.

Klassifizierung anorganischer Verbindungen

Anorganische Stoffe werden entweder nach ihrer Zusammensetzung (zwei- und mehrelementig; sauerstoffhaltig, stickstoffhaltig usw.) oder nach funktionellen Merkmalen in Klassen eingeteilt.

Salze, Säuren, Basen und Oxide gehören zu den wichtigsten Klassen anorganischer Verbindungen, die nach ihren funktionellen Eigenschaften isoliert werden.

Salz sind Verbindungen, die in Lösung in Metallkationen und Säurereste dissoziieren. Beispiele für Salze sind beispielsweise Bariumsulfat BaSO 4 und Zinkchlorid ZnCl 2 .

Säuren- Stoffe, die in Lösungen unter Bildung von Wasserstoffionen dissoziieren. Beispiele für anorganische Säuren sind Salzsäure (HCl), Schwefelsäure (H 2 SO 4 ), Salpetersäure (HNO 3 ), Phosphorsäure (H 3 PO 4 ). Die charakteristischste chemische Eigenschaft von Säuren ist ihre Fähigkeit, mit Basen zu Salzen zu reagieren. Säuren werden nach dem Dissoziationsgrad in verdünnten Lösungen in starke Säuren, mittelstarke Säuren und schwache Säuren eingeteilt. Je nach Redoxfähigkeit werden oxidierende Säuren (HNO 3) und reduzierende Säuren (HI, H 2 S) unterschieden. Säuren reagieren mit Basen, amphoteren Oxiden und Hydroxiden zu Salzen.

Stiftungen- Substanzen, die in Lösungen unter Bildung von nur Hydroxidanionen (OH 1-) dissoziieren. Wasserlösliche Basen werden Alkalien (KOH, NaOH) genannt. Eine charakteristische Eigenschaft von Basen ist die Wechselwirkung mit Säuren zu Salz und Wasser.

Oxide sind Verbindungen aus zwei Elementen, von denen eines Sauerstoff ist. Es gibt basische, saure und amphotere Oxide. Basische Oxide werden nur von Metallen (CaO, K 2 O) gebildet, sie entsprechen Basen (Ca (OH) 2, KOH). Säureoxide werden von Nichtmetallen (SO 3, P 2 O 5) und Metallen mit hohem Oxidationsgrad (Mn 2 O 7) gebildet, sie entsprechen Säuren (H 2 SO 4, H 3 PO 4, HMnO 4). ). Amphotere Oxide weisen je nach Bedingungen saure und basische Eigenschaften auf und interagieren mit Säuren und Basen. Dazu gehören Al 2 O 3 , ZnO, Cr 2 O 3 und einige andere. Es gibt Oxide, die weder basische noch saure Eigenschaften aufweisen. Solche Oxide werden als indifferent bezeichnet (N 2 O, CO usw.)

Klassifizierung organischer Verbindungen

Kohlenstoff in organischen Verbindungen bildet in der Regel stabile Strukturen auf Basis von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. In seiner Fähigkeit, solche Strukturen zu bilden, ist Kohlenstoff von anderen Elementen unübertroffen. Die meisten organischen Moleküle bestehen aus zwei Teilen: einem Fragment, das während der Reaktion unverändert bleibt, und einer Gruppe, die Umwandlungen unterliegt. In diesem Zusammenhang wird die Zugehörigkeit organischer Substanzen zu der einen oder anderen Klasse und einer Reihe von Verbindungen bestimmt.

Als Rückgrat des Moleküls wird üblicherweise ein unverändertes Fragment eines Moleküls einer organischen Verbindung betrachtet. Es kann von Natur aus Kohlenwasserstoff oder heterocyclisch sein. In dieser Hinsicht können herkömmlicherweise vier große Reihen von Verbindungen unterschieden werden: aromatisch, heterocyclisch, alicyclisch und acyclisch.

In der organischen Chemie werden noch weitere Reihen unterschieden: Kohlenwasserstoffe, stickstoffhaltige Verbindungen, sauerstoffhaltige Verbindungen, schwefelhaltige Verbindungen, halogenhaltige Verbindungen, metallorganische Verbindungen, siliziumorganische Verbindungen.

Durch die Kombination dieser Grundreihen entstehen Verbindungsreihen, zB: "Acyclische Kohlenwasserstoffe", "Aromatische stickstoffhaltige Verbindungen".

Das Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen oder Atome von Elementen bestimmt, ob die Verbindung zu der entsprechenden Klasse gehört. Unter den Hauptklassen organischer Verbindungen werden Alkane, Benzole, Nitro- und Nitrosoverbindungen, Alkohole, Phenole, Furane, Ether und eine Vielzahl anderer unterschieden.

Arten chemischer Bindungen

Eine chemische Bindung ist eine Wechselwirkung, die zwei oder mehr Atome, Moleküle oder eine beliebige Kombination davon enthält. Eine chemische Bindung ist ihrem Wesen nach eine elektrische Anziehungskraft zwischen negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Atomkernen. Die Größe dieser Anziehungskraft hängt hauptsächlich von der elektronischen Konfiguration der äußeren Atomhülle ab.

Die Fähigkeit eines Atoms, chemische Bindungen einzugehen, wird durch seine Wertigkeit charakterisiert. Die an der Bildung einer chemischen Bindung beteiligten Elektronen werden als Valenzelektronen bezeichnet.

Es gibt verschiedene Arten von chemischen Bindungen: kovalent, ionisch, Wasserstoff, metallisch.

Bei Bildung kovalente Bindung kommt es zu einer teilweisen Überlappung von Elektronenwolken wechselwirkender Atome, werden Elektronenpaare gebildet. Die kovalente Bindung ist umso stärker, je mehr sich die wechselwirkenden Elektronenwolken überlappen.

Unterscheiden Sie zwischen polaren und unpolaren kovalenten Bindungen.

Besteht ein zweiatomiges Molekül aus identischen Atomen (H 2 , N 2 ), so ist die Elektronenwolke symmetrisch zu beiden Atomen im Raum verteilt. Diese kovalente Bindung heißt unpolar (homöopolar). Besteht ein zweiatomiges Molekül aus verschiedenen Atomen, dann verschiebt sich die Elektronenwolke zu dem Atom mit höherer relativer Elektronegativität. Diese kovalente Bindung heißt Polar- (heteropolar). Beispiele für Verbindungen mit einer solchen Bindung sind HCl, HBr, HJ.

In den betrachteten Beispielen hat jedes der Atome ein ungepaartes Elektron; Wenn zwei solche Atome interagieren, entsteht ein gemeinsames Elektronenpaar - eine kovalente Bindung entsteht. Ein nicht angeregtes Stickstoffatom hat drei ungepaarte Elektronen; aufgrund dieser Elektronen kann Stickstoff an der Bildung von drei kovalenten Bindungen (NH 3) teilnehmen. Ein Kohlenstoffatom kann 4 kovalente Bindungen bilden.

Die Überlappung von Elektronenwolken ist nur möglich, wenn sie eine bestimmte gegenseitige Orientierung haben, während sich der Überlappungsbereich in einer bestimmten Richtung in Bezug auf die wechselwirkenden Atome befindet. Mit anderen Worten, eine kovalente Bindung ist gerichtet.

Die Energie kovalenter Bindungen liegt im Bereich von 150–400 kJ/mol.

Man nennt die chemische Bindung zwischen Ionen, die durch elektrostatische Anziehung erfolgt Ionenverbindung . Eine ionische Bindung kann als Grenze einer polaren kovalenten Bindung angesehen werden. Im Gegensatz zu einer kovalenten Bindung ist eine ionische Bindung weder gerichtet noch sättigbar.

Eine wichtige Art der chemischen Bindung ist die Bindung von Elektronen in einem Metall. Metalle bestehen aus positiven Ionen, die an den Knoten des Kristallgitters festgehalten werden, und freien Elektronen. Wenn ein Kristallgitter gebildet wird, überlappen sich die Valenzorbitale benachbarter Atome und Elektronen bewegen sich frei von einem Orbital zum anderen. Diese Elektronen gehören nicht mehr zu einem bestimmten Metallatom, sie befinden sich in riesigen Orbitalen, die sich über das gesamte Kristallgitter erstrecken. Man nennt eine chemische Bindung, die aus der Bindung positiver Ionen des Metallgitters durch freie Elektronen entsteht metallisch.

Es können schwache Bindungen zwischen Molekülen (Atomen) von Substanzen bestehen. Eins der wichtigsten - Wasserstoffverbindung , die sein kann intermolekular und intramolekular. Zwischen dem Wasserstoffatom eines Moleküls (es ist teilweise positiv geladen) und einem stark elektronegativen Element des Moleküls (Fluor, Sauerstoff usw.) entsteht eine Wasserstoffbrücke.

Die Wasserstoffbindungsenergie ist viel kleiner als die kovalente Bindungsenergie und übersteigt 10 kJ/mol nicht. Diese Energie reicht jedoch aus, um Molekülverbände zu bilden, die es den Molekülen erschweren, sich voneinander zu trennen. Wasserstoffbrückenbindungen spielen eine wichtige Rolle in biologischen Molekülen (Proteine ​​und Nukleinsäuren) und bestimmen maßgeblich die Eigenschaften von Wasser.

Van-der-Waals-Kräfte gelten ebenfalls als schwache Bindungen. Sie beruhen auf der Tatsache, dass zwei beliebige neutrale Moleküle (Atome) in sehr geringem Abstand aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkungen der Elektronen und Kerne eines Moleküls mit den Elektronen und Kernen des anderen schwach angezogen werden.

♦ Chemische Reaktionen sind je nach Anzahl und Zusammensetzung der Ausgangsstoffe und gewonnenen Stoffe:

1. Verbindungen- aus zwei oder mehr Stoffen entsteht ein komplexer Stoff:
   Fe + S = FeS
   (beim Erhitzen von Eisen- und Schwefelpulvern entsteht Eisensulfid)
2. Erweiterungen- aus einem komplexen Stoff werden zwei oder mehr Stoffe gebildet:
   2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2
   (Wasser zerfällt beim Durchleiten eines elektrischen Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff)
3. Auswechslungen- Atome einer einfachen Substanz ersetzen eines der Elemente in einer komplexen Substanz:
   Fe + CuCl 2 = Cu↓ + FeCl 2
   (Eisen verdrängt Kupfer aus Kupfer(II)chlorid-Lösung)
4. Austausch- 2 komplexe Substanzen tauschen Bestandteile aus:
   HCl + NaOH = NaCl + H2O
   (Neutralisationsreaktion - Salzsäure reagiert mit Natriumhydroxid zu Natriumchlorid und Wasser)

♦ Reaktionen, die unter Freisetzung von Energie (Wärme) ablaufen, werden genannt exotherm. Dazu gehören Verbrennungsreaktionen wie Schwefel:

S + O 2 \u003d SO 2 + Q
Es entsteht Schwefeloxid (IV), die Energiefreisetzung ist mit + Q bezeichnet

Reaktionen, die Energie benötigen, d.h. unter Aufnahme von Energie ablaufen, werden als bezeichnet endothermisch. Eine endotherme Reaktion ist die Zersetzung von Wasser unter Einwirkung von elektrischem Strom:

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 - Q

♦ Reaktionen, die mit einer Änderung der Oxidationsstufen von Elementen, dh dem Übergang von Elektronen, einhergehen, werden genannt Redox:

Fe 0 + S 0 \u003d Fe +2 S -2

Das Gegenteil sind elektronische Statik Reaktionen, oft einfach genannt Reaktionen, die ohne Änderung der Oxidationsstufe ablaufen. Dazu gehören alle Austauschreaktionen:

H +1 Cl –1 + Na +1 O –2 H +1 = Na +1 Cl –1 + H 2 +1 O –2

(Denken Sie daran, dass der Oxidationsgrad in Substanzen, die aus zwei Elementen bestehen, numerisch gleich der Wertigkeit ist, das Zeichen steht vor der Zahl.)

2. Erfahrung. Durchführung von Reaktionen, die die qualitative Zusammensetzung des vorgeschlagenen Salzes bestätigen, z. B. Kupfersulfat (II)

Die qualitative Zusammensetzung des Salzes wird durch Reaktionen nachgewiesen, die von Niederschlag oder Gasentwicklung mit einem charakteristischen Geruch oder einer charakteristischen Farbe begleitet werden. Ausfällungen treten auf, wenn unlösliche Substanzen erhalten werden (bestimmt aus der Löslichkeitstabelle). Gase werden freigesetzt, wenn schwache Säuren (viele müssen erhitzt werden) oder Ammoniumhydroxid gebildet werden.

Das Vorhandensein eines Kupferions kann durch Zugabe von Natronlauge nachgewiesen werden, ein blauer Niederschlag von Kupfer(II)hydroxid fällt aus:

CuSO 4 + 2NaOH \u003d Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Außerdem kann Kupfer(II)hydroxid beim Erhitzen zersetzt werden, es entsteht schwarzes Kupfer(II)oxid:

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

Das Vorhandensein eines Sulfations wird durch die Ausfällung eines weißen kristallinen Niederschlags bewiesen, der in konzentrierter Salpetersäure unlöslich ist, wenn ein lösliches Bariumsalz hinzugefügt wird:

CuSO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + CuCl 2

Einführung

1. Allgemeines Konzept einer chemischen Reaktion

2. Klassifizierung chemischer Reaktionen

Fazit

Literaturverzeichnis

Einführung

Das Interessanteste an der Welt um uns herum ist, dass sie sich ständig verändert.

Konzept « chemische Reaktion » - das zweite Hauptkonzept der Chemie. Jede Sekunde finden auf der Welt unzählige Reaktionen statt, bei denen sich ein Stoff in einen anderen verwandelt. Einige Reaktionen können wir direkt beobachten, zum Beispiel das Rosten von Eisengegenständen, die Blutgerinnung und die Verbrennung von Autobenzin.

Gleichzeitig bleibt die überwiegende Mehrheit der Reaktionen unsichtbar, aber sie bestimmen die Eigenschaften der Welt um uns herum.

Um seinen Platz in der Welt zu erkennen und zu lernen, wie man damit umgeht, muss eine Person die Natur dieser Reaktionen und die Gesetze, denen sie gehorchen, zutiefst verstehen. Die Aufgabe der modernen Chemie besteht darin, die Funktionen von Stoffen in komplexen chemischen und biologischen Systemen zu untersuchen, den Zusammenhang zwischen der Struktur eines Stoffes und seinen Funktionen zu analysieren und Stoffe mit gegebenen Funktionen zu synthetisieren.

Es finden also viele chemische Reaktionen um eine Person herum statt, sie finden ständig statt. Was ist zu tun, um bei der ganzen Vielfalt chemischer Reaktionen nicht durcheinander zu kommen? Lernen Sie, sie zu klassifizieren und die wesentlichen Merkmale von Klassen zu identifizieren.

Der Zweck dieser Arbeit: das Konzept der "chemischen Reaktion" zu betrachten und das Wissen über die Klassifizierung chemischer Reaktionen zu systematisieren und zu verallgemeinern.

Die Arbeit besteht aus einer Einleitung, zwei Kapiteln, einem Schluss und einem Literaturverzeichnis. Der Gesamtumfang der Arbeit beträgt 14 Seiten.

1. Allgemeines Konzept einer chemischen Reaktion

Eine chemische Reaktion ist die Umwandlung eines Stoffes in einen anderen. Diese Definition bedarf jedoch einer deutlichen Ergänzung.

So werden beispielsweise in einem Kernreaktor oder in einem Beschleuniger einige Stoffe auch in andere umgewandelt, aber solche Umwandlungen werden nicht als chemisch bezeichnet. Was ist hier los? Kernreaktionen finden in einem Kernreaktor statt. Sie liegen darin, dass die Kerne von Elementen beim Zusammenstoß mit hochenergetischen Teilchen (es können Neutronen, Protonen und Kerne anderer Elemente sein) in Fragmente zerbrochen werden, die die Kerne anderer Elemente sind. Es ist auch möglich, die Kerne miteinander zu verschmelzen. Diese neuen Kerne erhalten dann Elektronen aus der Umgebung und damit ist die Bildung von zwei oder mehr neuen Stoffen abgeschlossen. Alle diese Substanzen sind einige Elemente des Periodensystems. Im Gegensatz zu Kernreaktionen bei chemischen Reaktionen Kerne sind davon nicht betroffen Atome. Alle Veränderungen finden nur in den äußeren Elektronenschalen statt. Einige chemische Bindungen werden aufgebrochen und andere gebildet.

Auf diese Weise, chemische Reaktionen Als Phänomene werden Phänomene bezeichnet, bei denen einige Stoffe mit einer bestimmten Zusammensetzung und Eigenschaften in andere Stoffe – mit einer anderen Zusammensetzung und anderen Eigenschaften – umgewandelt werden. Gleichzeitig treten keine Änderungen in der Zusammensetzung der Atomkerne auf.

Lassen Sie uns die Zeichen und Bedingungen chemischer Reaktionen hervorheben (Abb. 1, 2).

Abbildung 1 - Anzeichen chemischer Reaktionen

Abbildung 2 - Bedingungen für die Durchführung chemischer Reaktionen

Betrachten Sie eine typische chemische Reaktion: die Verbrennung von Erdgas (Methan) im Sauerstoff der Luft (diese Reaktion kann zu Hause beobachtet werden, wer einen Gasherd hat) in Abbildung 3.

Abbildung 3 - Verbrennung von Erdgas (Methan) in Luftsauerstoff

Methan CH 4 und Sauerstoff O 2 reagieren miteinander zu Kohlendioxid CO 2 und Wasser H 2 O. Dabei bestehen die Bindungen zwischen den C- und H-Atomen im Methanmolekül und zwischen den Sauerstoffatomen im O 2 -Molekül gebrochen. An ihrer Stelle entstehen neue Bindungen zwischen den Atomen C und O, H und O.

Abbildung 3 zeigt deutlich, dass für die erfolgreiche Umsetzung der Antwort auf eines nimm ein Methanmolekül zwei Sauerstoffmoleküle. Es ist jedoch nicht sehr praktisch, eine chemische Reaktion anhand von Molekülzeichnungen aufzuschreiben. Daher werden abgekürzte Formeln von Substanzen zum Schreiben chemischer Reaktionen verwendet - eine solche Aufzeichnung wird genannt chemische Reaktionsgleichung.

Abbildung 4 - Reaktionsgleichung

Die Gleichung für die in Abbildung 3 gezeigte chemische Reaktion lautet wie folgt

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

Die Anzahl der Atome verschiedener Elemente auf der linken und rechten Seite der Gleichung ist gleich. Auf der linken Seite eines ein Kohlenstoffatom im Methanmolekül (CH 4) und rechts - derselbe wir finden das Kohlenstoffatom in der Zusammensetzung des CO 2 -Moleküls. alle vier Wir werden definitiv Wasserstoffatome auf der linken Seite der Gleichung und auf der rechten Seite finden - in der Zusammensetzung von Wassermolekülen.

Um in einer chemischen Reaktionsgleichung die Anzahl identischer Atome in verschiedenen Teilen der Gleichung auszugleichen, Chancen, die aufgezeichnet werden Vor Substanz Formeln.

Betrachten Sie eine andere Reaktion - die Umwandlung von Calciumoxid CaO (Branntkalk) in Calciumhydroxid Ca(OH) 2 (Löschkalk) unter Einwirkung von Wasser (Abb. 5).

Abbildung 5 – Calciumoxid CaO bindet ein Wassermolekül H 2 O

unter Bildung von Calciumhydroxid Ca (OH) 2

Im Gegensatz zu mathematischen Gleichungen können bei chemischen Gleichungen die linke und die rechte Seite nicht vertauscht werden. Stoffe auf der linken Seite einer chemischen Reaktionsgleichung werden genannt Reagenzien, und auf der rechten Seite Reaktionsprodukte .

Wenn wir den linken und den rechten Teil in der Gleichung aus Abbildung 5 vertauschen, erhalten wir die Gleichung komplett anders chemische Reaktion

Ca (OH) 2 \u003d CaO + H 2 O

Wenn die Reaktion zwischen CaO und H 2 O (Abb. 4) spontan startet und unter Freisetzung großer Wärmemengen abläuft, erfordert die letzte Reaktion, bei der Ca(OH) 2 als Reagens dient, starkes Erhitzen. Wir fügen hinzu, dass die Reaktanten und Produkte nicht unbedingt Moleküle sein müssen, sondern auch Atome - wenn zum Beispiel ein Element oder Elemente in reiner Form an der Reaktion teilnehmen

H 2 + CuO \u003d Cu + H 2 O

Damit sind wir bei der Einteilung chemischer Reaktionen angelangt, die wir im nächsten Kapitel betrachten werden.

2. Klassifizierung chemischer Reaktionen

Im Verlauf des Chemiestudiums muss man sich mit Einteilungen chemischer Reaktionen nach verschiedenen Kriterien auseinandersetzen (Tabelle 1).

Tabelle 1 – Klassifizierung chemischer Reaktionen

Durch thermische Wirkung	exotherm- fließen unter Freisetzung von Energie 4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5 + Q; CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q
	Endothermisch- Fortfahren mit der Absorption von Energie Cu(OH) 2 CuO + H 2 O - Q; C 8 H 18 C 8 H 16 + H 2 - Q
Durch die Anzahl und Zusammensetzung des Originals und gebildete Stoffe	Zersetzungsreaktionen- Mehrere einfachere werden aus einer komplexen Substanz gebildet: CaCO 3 CaO + CO 2 C 2 H 5 OH → C 2 H 4 + H 2 O
	Verbindungsreaktionen- Eine komplexe Substanz wird aus mehreren einfachen oder komplexen Substanzen gebildet: 2H 2 + O 2 → 2H 2 OC 2 H 4 + H 2 → C 2 H 6
	Substitutionsreaktionen- Atome einer einfachen Substanz ersetzen die Atome eines der Elemente in einer komplexen Substanz: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
	Austauschreaktionen- Zwei komplexe Substanzen tauschen Bestandteile aus: AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O
Durch Aggregatzustand der Reaktanten	Heterogen- Die Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte befinden sich in unterschiedlichen Aggregatzuständen: Fe (t) + CuCl 2 (Lösung) → Cu (t) + FeCl 2 (Lösung) 2Na (t) + 2C 2 H 5 OH (l) → 2C 2 H 5 ONa (Lösung) + H 2(g)
	homogen- Die Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte befinden sich im gleichen Aggregatzustand: H 2 (g) + Cl 2 (g) \u003d 2HCl (g) C 2 H 5 OH (l) + CH 3 COOH (l) → CH 3 COOC 2 H 5 (l) + H 2 O (l)
Durch das Vorhandensein eines Katalysators	katalytisch 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 C 2 H 4 + H 2 C 2 H 4
	Nicht katalytisch S + O 2 SO 2 C 2 H 2 + 2 Cl 2 → C 2 H 2 Cl 4
Durch Richtung	irreversibel- fließen unter diesen Bedingungen nur in eine Richtung: H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 + 2HCl CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
	reversibel- fließen unter diesen Bedingungen gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3; C 2 H 4 + H 2 ↔ C 2 H 6
Durch Änderung der Oxidationsstufe der Atome der Elemente	Redox- Reaktionen, die bei einer Änderung des Oxidationszustands auftreten: Fe 0 + 2H +1 Cl -1 → Fe 2+ Cl 2 -1 + H 2 0 H +1 C 0 O -2 H +1 + H 2 → C - 2 H 3 +1 O – 2 H +1
	Nicht oxidierend-reduzierend- Reaktionen, die ohne Änderung des Oxidationszustands ablaufen: S + 4 O 4 -2 + H 2 O → H 2 + S + 4 O 4 -2 CH 3 NH 2 + HCl → (CH 3 NH 3) Cl

Wie Sie sehen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, chemische Reaktionen zu klassifizieren, auf die wir im Folgenden näher eingehen werden.

Eine Vielzahl von chemischen Reaktionen, deren Anzahl nicht berechnet werden kann, kann nicht durch eine einzige universelle Klassifizierung abgedeckt werden, daher werden sie nach bestimmten gemeinsamen Merkmalen unterteilt. Unter jedem dieser Zeichen können Reaktionen sowohl zwischen anorganischen als auch zwischen organischen Substanzen zugeschrieben werden.

Zuerst gibt es Reaktionen ohne die Zusammensetzung des Stoffes zu verändern und Reaktionen mit veränderter Zusammensetzung.

Reaktionen, die ohne Veränderung der Stoffzusammensetzung ablaufen:

AlCl3,t

CH3-CH2-CH2-CH3 > CH3-CH-CH3

Reaktionen, die bei einer Änderung der Zusammensetzung von Stoffen auftreten:

6 CO2 + 6 H2O = C6H12O6 + 6 O2

In der organischen Chemie umfasst dieser Reaktionstyp Isomerisierungsreaktionen. So wird die Isomerisierung von Alkanen durchgeführt, um Benzin mit hoher Oktanzahl zu erhalten.

Für chemische Prozesse, die zwischen anorganischen Reagenzien ablaufen, werden am häufigsten die folgenden Klassifikationen verwendet:

1. Anzahl und Zusammensetzung der Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte.

2. Aggregatzustand von Edukten und Reaktionsprodukten.

3. Die Anzahl der Phasen, in denen sich die Reaktionsteilnehmer befinden.

4. Die Art der übertragenen Teilchen.

5. Die Möglichkeit, dass die Reaktion in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung abläuft.

6. Thermisches Effektzeichen

Häufig werden verschiedene Klassifikationsverfahren miteinander kombiniert (Abb. 1).

Abbildung 1 - Zeichen der Klassifizierung chemischer Reaktionen

Lassen Sie uns jede der Arten chemischer Reaktionen genauer betrachten.

1. Einteilung nach Anzahl und Zusammensetzung der Reagenzien und Endstoffe (Tabelle 1).

Tabelle 1 – Arten chemischer Reaktionen und ihre Mechanismen

1. Reaktionen der Verbindung. D. I. Mendeleev definierte eine Verbindung als eine Reaktion, „in der eine von zwei Substanzen auftritt. So entsteht bei den Reaktionen einer Verbindung aus mehreren reagierenden Stoffen relativ einfacher Zusammensetzung ein Stoff komplexerer Zusammensetzung

Kombinationsreaktionen umfassen die Prozesse der Verbrennung einfacher Substanzen (Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff) in Luft. Zum Beispiel verbrennt Kohlenstoff in Luft C + O 2 \u003d CO 2 (natürlich verläuft diese Reaktion allmählich, Kohlenmonoxid CO wird zuerst gebildet). In der Regel gehen diese Reaktionen mit Wärmefreisetzung einher, d.h. zur Bildung stabilerer und weniger energiereicher Verbindungen führen - sind exotherm.

Die Reaktionen der Kombination einfacher Substanzen sind immer Redox-Natur. Zwischen komplexen Stoffen auftretende Verbindungsreaktionen können sowohl ohne Wertigkeitsänderung auftreten

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3) 2

und als Redox klassifiziert werden

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.

2. Zersetzungsreaktionen. Chemische Zersetzungsreaktionen sind nach Mendelejew „umgekehrte Fälle von Verbindungen, das heißt solche, bei denen eine Substanz zwei ergibt, oder im Allgemeinen eine bestimmte Anzahl von Substanzen eine größere Anzahl von ihnen ist.

Durch Zersetzungsreaktionen entstehen aus einem komplexen Stoff mehrere Verbindungen

A = B + C + D

Die Zersetzungsprodukte einer komplexen Substanz können sowohl einfache als auch komplexe Substanzen sein. Ein Beispiel für eine Zersetzungsreaktion ist die chemische Zersetzungsreaktion von Kreide (oder Kalkstein unter Temperatureinfluss): CaCO 3 \u003d CaO + CO 2. Die Zersetzungsreaktion erfordert im Allgemeinen Erhitzen. Solche Prozesse sind endotherm, d.h. fließen unter Wärmeaufnahme. Von den Zersetzungsreaktionen, die ohne Änderung der Wertigkeitszustände ablaufen, ist die Zersetzung von kristallinen Hydraten, Basen, Säuren und Salzen sauerstoffhaltiger Säuren zu beachten

CuSO4 · 5H2O = CuSO4 + 5H2O,

Cu(OH)2 = CuO + H2O,

H2SiO3 = SiO2 + H2O.

Zersetzungsreaktionen mit Redoxcharakter umfassen die Zersetzung von Oxiden, Säuren und Salzen, die von Elementen in höheren Oxidationsstufen gebildet werden

2SO3 = 2SO2 + O2,

4HNO3 = 2H2O + 4NO2O + O2O,

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,

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

Besonders charakteristisch sind die Redoxreaktionen der Zersetzung für Salze der Salpetersäure.

Zersetzungsreaktionen in der organischen Chemie haben im Gegensatz zu Zersetzungsreaktionen in der anorganischen Chemie ihre eigenen Besonderheiten. Sie können als umgekehrte Additionsprozesse betrachtet werden, da das Ergebnis meistens die Bildung von Mehrfachbindungen oder Zyklen ist.

Zersetzungsreaktionen in der organischen Chemie genannt werden knacken

С18H38 = С9H18 + С9H20

oder Dehydrierung C4H10 = C4H6 + 2H2.

Bei Reaktionen der beiden anderen Typen ist die Anzahl der Reaktanten gleich der Anzahl der Produkte.

3. Substitutionsreaktionen. Ihr Unterscheidungsmerkmal ist die Wechselwirkung einer einfachen Substanz mit einer komplexen. Solche Reaktionen gibt es in der organischen Chemie. Allerdings ist das Konzept der "Substitution" in der organischen Chemie weiter gefasst als in der anorganischen Chemie. Wird ein Atom oder eine funktionelle Gruppe im Molekül des Ausgangsstoffes durch ein anderes Atom oder eine andere Gruppe ersetzt, handelt es sich ebenfalls um Substitutionsreaktionen, obwohl der Vorgang aus Sicht der anorganischen Chemie wie eine Austauschreaktion aussieht.

Bei Substitutionsreaktionen tritt normalerweise eine einfache Substanz mit einer komplexen in Wechselwirkung und bildet eine andere einfache Substanz und eine andere komplexe. A + BC = AB + C

Wenn wir beispielsweise einen Stahlnagel in eine Kupfersulfatlösung eintauchen, erhalten wir Eisensulfat (Eisen verdrängtes Kupfer aus seinem Salz) Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu.

Diese Reaktionen sind überwiegend Redoxreaktionen.

2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3,

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2,

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2,

2KSlO3 + l2 = 2KlO3 + Cl2.

Beispiele für Substitutionsreaktionen, die nicht mit einer Änderung der Wertigkeitszustände von Atomen einhergehen, sind äußerst wenige.

Zu beachten ist die Reaktion von Siliciumdioxid mit Salzen sauerstoffhaltiger Säuren, die gasförmigen oder flüchtigen Anhydriden entsprechen

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2,

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5.

Manchmal werden diese Reaktionen als Austauschreaktionen betrachtet.

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.

4. Austauschreaktionen (einschließlich Neutralisation). Austauschreaktionen sind Reaktionen zwischen zwei Verbindungen, die ihre Bestandteile miteinander austauschen.

AB + CD = AD + CB

Eine große Anzahl von ihnen kommt in wässrigen Lösungen vor. Ein Beispiel für eine chemische Austauschreaktion ist die Neutralisation einer Säure mit einer Lauge.

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O.

Dabei wird in den Reagenzien (Stoffe links) ein Wasserstoffion der HCl-Verbindung gegen ein Natriumion der NaOH-Verbindung ausgetauscht, wodurch eine Kochsalzlösung in Wasser entsteht.

Kommt es bei Substitutionsreaktionen zu Redoxprozessen, so treten immer Austauschreaktionen auf, ohne den Wertigkeitszustand von Atomen zu ändern. Dies ist die häufigste Gruppe von Reaktionen zwischen komplexen Substanzen - Oxiden, Basen, Säuren und Salzen.

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O,

AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3,

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

Ein Sonderfall dieser Austauschreaktionen - Neutralisationsreaktionen

HCl + KOH = KCl + H2O.

Üblicherweise gehorchen diese Reaktionen den Gesetzen des chemischen Gleichgewichts und verlaufen in der Richtung, in der mindestens eine der Substanzen aus der Reaktionssphäre in Form einer gasförmigen, flüchtigen Substanz, eines Niederschlags oder einer Verbindung mit geringer Dissoziation (für Lösungen) entfernt wird

NaHCO3 + Hcl \u003d NaCl + H2O + CO2 ^,

Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO3v + 2H2O,

CH3COONa + H3PO4 = CH3COOH + NaH2PO4.

Viele Reaktionen passen jedoch nicht in das obige einfache Schema. Beispielsweise kann eine chemische Reaktion zwischen Kaliumpermanganat (Kaliumpermanganat) und Natriumjodid keinem der angegebenen Typen zugeordnet werden. Solche Reaktionen werden üblicherweise beispielsweise als Redoxreaktionen bezeichnet

2KMnO 4 +10NaI+ 8H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+5I2+8H2O.

Redox umfasst in der anorganischen Chemie alle Substitutionsreaktionen sowie solche Zersetzungs- und Verbindungsreaktionen, an denen mindestens ein einfacher Stoff beteiligt ist. In einer verallgemeinerten Version (bereits unter Berücksichtigung der organischen Chemie) alle Reaktionen, an denen einfache Substanzen beteiligt sind. Und umgekehrt umfassen Reaktionen, die ablaufen, ohne die Oxidationsstufen der Elemente zu ändern, die die Reaktanten und Reaktionsprodukte bilden, alle Austauschreaktionen.

2. Einteilung der Reaktionen nach Phasenmerkmalen

Je nach Aggregatzustand der reagierenden Stoffe werden folgende Reaktionen unterschieden:

1. Gasreaktionen:

2. Reaktionen in Lösungen:

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

3. Reaktionen zwischen Feststoffen:

CaO (TV) + SiO2 (TV) \u003d CaSiO3 (TV).