Chemische Reaktionen sind von Kernreaktionen zu unterscheiden. Als Ergebnis chemischer Reaktionen ändern sich die Gesamtzahl der Atome jedes chemischen Elements und seine Isotopenzusammensetzung nicht. Kernreaktionen sind eine andere Sache - die Umwandlungsprozesse von Atomkernen infolge ihrer Wechselwirkung mit anderen Kernen oder Elementarteilchen, zum Beispiel die Umwandlung von Aluminium in Magnesium:

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

Die Einteilung chemischer Reaktionen ist vielschichtig, das heißt, sie kann sich an verschiedenen Vorzeichen orientieren. Aber unter jedem dieser Zeichen können Reaktionen sowohl zwischen anorganischen als auch zwischen organischen Substanzen zugeschrieben werden.

Betrachten Sie die Einteilung chemischer Reaktionen nach verschiedenen Kriterien.

I. Nach der Zahl und Zusammensetzung der Reaktionspartner

Reaktionen, die ablaufen, ohne die Zusammensetzung von Stoffen zu verändern.

In der anorganischen Chemie umfassen solche Reaktionen die Prozesse zum Erhalt allotroper Modifikationen eines chemischen Elements, zum Beispiel:

C (Graphit) ↔ C (Diamant)
S (rhombisch) ↔ S (monoklin)
R (weiß) ↔ R (rot)
Sn (weißes Zinn) ↔ Sn (graues Zinn)
3O 2 (Sauerstoff) ↔ 2O 3 (Ozon)

In der organischen Chemie kann diese Art von Reaktionen Isomerisierungsreaktionen umfassen, die ablaufen, ohne dass nicht nur die qualitative, sondern auch die quantitative Zusammensetzung der Moleküle von Substanzen verändert wird, zum Beispiel:

1. Isomerisierung von Alkanen.

Die Reaktion der Isomerisierung von Alkanen ist von großer praktischer Bedeutung, da Kohlenwasserstoffe der Isostruktur eine geringere Detonationsfähigkeit aufweisen.

2. Isomerisierung von Alkenen.

3. Isomerisierung von Alkinen (Reaktion von A. E. Favorsky).

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

Ethylacetylen Dimethylacetylen

4. Isomerisierung von Halogenalkanen (A. E. Favorsky, 1907).

5. Isomerisierung von Ammoniumcyanit beim Erhitzen.

Harnstoff wurde erstmals 1828 von F. Wehler durch Isomerisierung von Ammoniumcyanat beim Erhitzen synthetisiert.

Reaktionen, die mit einer Änderung der Zusammensetzung eines Stoffes einhergehen

Es gibt vier Arten solcher Reaktionen: Verbindungen, Zersetzungen, Substitutionen und Austauschvorgänge.

1. Verbindungsreaktionen sind solche Reaktionen, bei denen aus zwei oder mehreren Stoffen ein komplexer Stoff entsteht

In der Anorganischen Chemie kann die ganze Vielfalt der Verbindungsreaktionen betrachtet werden, beispielsweise am Beispiel der Reaktionen zur Gewinnung von Schwefelsäure aus Schwefel:

1. Gewinnung von Schwefeloxid (IV):

S + O 2 \u003d SO - Eine komplexe Substanz wird aus zwei einfachen Substanzen gebildet.

2. Gewinnung von Schwefeloxid (VI):

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - Eine komplexe Substanz wird aus einer einfachen und komplexen Substanz gebildet.

3. Gewinnung von Schwefelsäure:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - Ein Komplex wird aus zwei komplexen Substanzen gebildet.

Ein Beispiel für eine zusammengesetzte Reaktion, bei der aus mehr als zwei Ausgangsstoffen eine komplexe Substanz gebildet wird, ist die letzte Stufe bei der Herstellung von Salpetersäure:

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

In der organischen Chemie werden Verbindungsreaktionen allgemein als "Additionsreaktionen" bezeichnet. Die ganze Vielfalt solcher Reaktionen kann am Beispiel eines Reaktionsblocks betrachtet werden, der die Eigenschaften ungesättigter Stoffe, beispielsweise Ethylen, charakterisiert:

1. Hydrierungsreaktion - Wasserstoffaddition:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3

Ethen → Ethan

2. Hydratationsreaktion – Zugabe von Wasser.

3. Polymerisationsreaktion.

2. Zersetzungsreaktionen sind solche Reaktionen, bei denen aus einem komplexen Stoff mehrere neue Stoffe entstehen.

In der Anorganischen Chemie kann die ganze Vielfalt solcher Reaktionen im Block der Reaktionen zur Gewinnung von Sauerstoff durch Labormethoden betrachtet werden:

1. Zersetzung von Quecksilber (II) -oxid - aus einer komplexen Substanz werden zwei einfache gebildet.

2. Zersetzung von Kaliumnitrat - aus einer komplexen Substanz werden eine einfache und eine komplexe Substanz gebildet.

3. Zersetzung von Kaliumpermanganat - aus einer komplexen Substanz werden zwei komplexe und eine einfache gebildet, dh drei neue Substanzen.

In der organischen Chemie können Zersetzungsreaktionen am Reaktionsblock zur Herstellung von Ethylen im Labor und in der Industrie betrachtet werden:

1. Die Reaktion der Dehydratisierung (Wasserspaltung) von Ethanol:

C 2 H 5 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2. Dehydrierungsreaktion (Wasserstoffspaltung) von Ethan:

CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2

oder CH 3 -CH 3 → 2C + ZH 2

3. Spaltreaktion (Spaltung) von Propan:

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

3. Substitutionsreaktionen sind solche Reaktionen, bei denen die Atome eines einfachen Stoffes die Atome eines Elements in einem komplexen Stoff ersetzen.

In der anorganischen Chemie ist ein Beispiel für solche Prozesse ein Reaktionsblock, der die Eigenschaften von beispielsweise Metallen charakterisiert:

1. Wechselwirkung von Alkali- oder Erdalkalimetallen mit Wasser:

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

2. Wechselwirkung von Metallen mit Säuren in Lösung:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

3. Wechselwirkung von Metallen mit Salzen in Lösung:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. Metallthermie:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr

Studiengegenstand der Organischen Chemie sind nicht einfache Substanzen, sondern nur Verbindungen. Als Beispiel für eine Substitutionsreaktion nennen wir daher die charakteristischste Eigenschaft gesättigter Verbindungen, insbesondere von Methan, die Fähigkeit seiner Wasserstoffatome, durch Halogenatome ersetzt zu werden. Ein weiteres Beispiel ist die Bromierung eines Aromaten (Benzol, Toluol, Anilin).

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

Benzol → Brombenzol

Beachten wir die Besonderheit der Substitutionsreaktion in organischen Substanzen: Bei solchen Reaktionen entsteht nicht wie in der anorganischen Chemie eine einfache und komplexe Substanz, sondern zwei komplexe Substanzen.

Substitutionsreaktionen umfassen in der organischen Chemie auch einige Reaktionen zwischen zwei komplexen Stoffen, beispielsweise die Nitrierung von Benzol. Es handelt sich formal um eine Austauschreaktion. Dass es sich hierbei um eine Substitutionsreaktion handelt, wird erst klar, wenn man ihren Mechanismus betrachtet.

4. Austauschreaktionen sind solche Reaktionen, bei denen zwei komplexe Stoffe ihre Bestandteile austauschen

Diese Reaktionen charakterisieren die Eigenschaften von Elektrolyten und laufen in Lösungen nach der Berthollet-Regel ab, also nur dann, wenn dabei ein Niederschlag, Gas oder eine schwer dissoziierende Substanz (z. B. H 2 O) entsteht.

In der anorganischen Chemie kann dies ein Reaktionsblock sein, der beispielsweise die Eigenschaften von Alkalien charakterisiert:

1. Neutralisationsreaktion, die mit der Bildung von Salz und Wasser einhergeht.

2. Die Reaktion zwischen Alkali und Salz, die mit der Bildung von Gas einhergeht.

3. Die Reaktion zwischen Alkali und Salz, die mit der Bildung eines Niederschlags einhergeht:

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

oder in ionischer Form:

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

In der organischen Chemie kann man sich einen Reaktionsblock vorstellen, der beispielsweise die Eigenschaften von Essigsäure charakterisiert:

1. Die Reaktion verläuft unter Bildung eines schwachen Elektrolyten - H 2 O:

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

2. Die Reaktion, die mit der Gasbildung einhergeht:

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

3. Die unter Bildung eines Niederschlags verlaufende Reaktion:

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

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

II. Durch Änderung der Oxidationsstufen von chemischen Elementen, die Substanzen bilden

Auf dieser Grundlage werden folgende Reaktionen unterschieden:

1. Reaktionen, die bei einer Änderung der Oxidationsstufen von Elementen auftreten, oder Redoxreaktionen.

Dazu gehören viele Reaktionen, einschließlich aller Substitutionsreaktionen, sowie solche Reaktionen der Verbindung und Zersetzung, an denen mindestens ein einfacher Stoff beteiligt ist, zum Beispiel:

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

2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O –2

Komplexe Redoxreaktionen werden mit der Elektronenbilanzmethode zusammengestellt.

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

In der organischen Chemie können die Eigenschaften von Aldehyden als eindrucksvolles Beispiel für Redoxreaktionen dienen.

1. Sie werden zu den entsprechenden Alkoholen reduziert:

Aldezide werden zu den entsprechenden Säuren oxidiert:

2. Reaktionen, die stattfinden, ohne die Oxidationsstufen chemischer Elemente zu ändern.

Dazu gehören beispielsweise alle Ionenaustauschreaktionen, sowie viele Verbindungsreaktionen, viele Zersetzungsreaktionen, Veresterungsreaktionen:

HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O

III. Durch thermische Wirkung

Entsprechend dem thermischen Effekt werden die Reaktionen in exotherme und endotherme unterteilt.

1. Exotherme Reaktionen verlaufen unter Freisetzung von Energie.

Dazu gehören fast alle zusammengesetzten Reaktionen. Eine seltene Ausnahme bilden die endothermen Reaktionen der Synthese von Stickstoffmonoxid (II) aus Stickstoff und Sauerstoff und die Reaktion von gasförmigem Wasserstoff mit festem Jod.

Als Verbrennungsreaktionen werden exotherme Reaktionen bezeichnet, die unter Freisetzung von Licht ablaufen. Die Hydrierung von Ethylen ist ein Beispiel für eine exotherme Reaktion. Es läuft bei Zimmertemperatur.

2. Endotherme Reaktionen laufen unter Energieaufnahme ab.

Offensichtlich gelten für sie fast alle Zersetzungsreaktionen, zum Beispiel:

1. Kalzinierung von Kalkstein

2. Butancracken

Die Menge an Energie, die als Ergebnis der Reaktion freigesetzt oder absorbiert wird, wird als thermischer Effekt der Reaktion bezeichnet, und die Gleichung einer chemischen Reaktion, die diesen Effekt angibt, wird als thermochemische Gleichung bezeichnet:

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. Je nach Aggregatzustand reagierender Stoffe (Phasenzusammensetzung)

Je nach Aggregatzustand der reagierenden Stoffe gibt es:

1. Heterogene Reaktionen - Reaktionen, bei denen die Edukte und Reaktionsprodukte in unterschiedlichen Aggregatzuständen (in unterschiedlichen Phasen) vorliegen.

2. Homogene Reaktionen - Reaktionen, bei denen die Edukte und Reaktionsprodukte im gleichen Aggregatzustand (in einer Phase) vorliegen.

V. Je nach Beteiligung des Katalysators

Je nach Beteiligung des Katalysators gibt es:

1. Nichtkatalytische Reaktionen, die ohne Beteiligung eines Katalysators ablaufen.

2. Katalytische Reaktionen, die unter Beteiligung eines Katalysators stattfinden. Da alle biochemischen Reaktionen, die in den Zellen lebender Organismen ablaufen, unter Beteiligung spezieller biologischer Katalysatoren proteinartiger Natur - Enzyme - ablaufen, gehören sie alle zu katalytischen oder genauer gesagt enzymatischen. Es sei darauf hingewiesen, dass mehr als 70 % der chemischen Industrie Katalysatoren verwenden.

VI. Gegenüber

Nach Richtung gibt es:

1. Irreversible Reaktionen laufen unter gegebenen Bedingungen nur in eine Richtung ab. Dazu gehören alle Austauschreaktionen, die mit der Bildung eines Niederschlags, Gases oder einer schwer dissoziierenden Substanz (Wasser) einhergehen, sowie alle Verbrennungsreaktionen.

2. Reversible Reaktionen laufen unter diesen Bedingungen gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen ab. Die meisten dieser Reaktionen sind.

In der organischen Chemie spiegelt sich das Zeichen der Reversibilität in den Namen wider - Antonyme von Prozessen:

Hydrierung - Dehydrierung,

Hydratation - Austrocknung,

Polymerisation - Depolymerisation.

Alle Veresterungsreaktionen sind reversibel (der entgegengesetzte Prozess wird bekanntlich als Hydrolyse bezeichnet) und Hydrolyse von Proteinen, Estern, Kohlenhydraten und Polynukleotiden. Die Reversibilität dieser Prozesse liegt der wichtigsten Eigenschaft eines lebenden Organismus zugrunde – dem Stoffwechsel.

VII. Je nach Strömungsmechanismus gibt es:

1. Radikalreaktionen finden zwischen den während der Reaktion gebildeten Radikalen und Molekülen statt.

Wie Sie bereits wissen, werden bei allen Reaktionen alte chemische Bindungen aufgebrochen und neue chemische Bindungen gebildet. Die Methode des Bindungsbruchs in den Molekülen der Ausgangssubstanz bestimmt den Mechanismus (Weg) der Reaktion. Wenn die Substanz durch eine kovalente Bindung gebildet wird, kann es zwei Möglichkeiten geben, diese Bindung zu brechen: hämolytisch und heterolytisch. Beispielsweise wird für die Moleküle von Cl 2 , CH 4 usw. ein hämolytischer Bindungsbruch realisiert, der zur Bildung von Partikeln mit ungepaarten Elektronen, dh freien Radikalen, führt.

Radikale werden am häufigsten gebildet, wenn Bindungen gebrochen werden, bei denen die gemeinsamen Elektronenpaare ungefähr gleichmäßig auf Atome verteilt sind (unpolare kovalente Bindung), aber viele polare Bindungen können auch auf ähnliche Weise gebrochen werden, insbesondere wenn die Reaktion stattfindet in der Gasphase und unter Lichteinfluss, wie beispielsweise bei den oben diskutierten Prozessen - der Wechselwirkung von C 12 und CH 4 - . Radikale sind sehr reaktiv, da sie dazu neigen, ihre Elektronenschicht zu vervollständigen, indem sie ein Elektron von einem anderen Atom oder Molekül aufnehmen. Wenn beispielsweise ein Chlorradikal mit einem Wasserstoffmolekül kollidiert, bricht es das gemeinsame Elektronenpaar, das die Wasserstoffatome bindet, und bildet eine kovalente Bindung mit einem der Wasserstoffatome. Das zweite Wasserstoffatom, das zu einem Radikal wird, bildet ein gemeinsames Elektronenpaar mit dem ungepaarten Elektron des Chloratoms aus dem kollabierenden Cl 2 -Molekül, was zu einem Chlorradikal führt, das ein neues Wasserstoffmolekül angreift usw.

Reaktionen, die eine Kette aufeinanderfolgender Umwandlungen sind, werden als Kettenreaktionen bezeichnet. Für die Entwicklung der Theorie der Kettenreaktionen wurden zwei herausragende Chemiker - unser Landsmann N. N. Semenov und der Engländer S. A. Hinshelwood - mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Die Substitutionsreaktion zwischen Chlor und Methan verläuft ähnlich:

Die meisten Verbrennungsreaktionen organischer und anorganischer Stoffe, die Synthese von Wasser, Ammoniak, die Polymerisation von Ethylen, Vinylchlorid usw. verlaufen nach dem Radikalmechanismus.

2. Ionenreaktionen finden zwischen bereits vorhandenen oder während der Reaktion gebildeten Ionen statt.

Typische ionische Reaktionen sind Wechselwirkungen zwischen Elektrolyten in Lösung. Ionen entstehen nicht nur bei der Dissoziation von Elektrolyten in Lösungen, sondern auch unter Einwirkung von elektrischen Entladungen, Erwärmung oder Strahlung. γ-Strahlen beispielsweise wandeln Wasser- und Methanmoleküle in Molekülionen um.

Gemäß einem anderen ionischen Mechanismus gibt es Additionsreaktionen von Halogenwasserstoffen, Wasserstoff, Halogenen zu Alkenen, Oxidation und Dehydratisierung von Alkoholen, Ersatz von Alkoholhydroxyl durch Halogen; Reaktionen, die die Eigenschaften von Aldehyden und Säuren charakterisieren. Ionen werden in diesem Fall durch heterolytisches Aufbrechen kovalenter polarer Bindungen gebildet.

VIII. Je nach Energieart

die Reaktion einleiten, gibt es:

1. Photochemische Reaktionen. Sie werden durch Lichtenergie initiiert. Dazu gehört neben den oben genannten photochemischen Prozessen der HCl-Synthese oder der Reaktion von Methan mit Chlor die Entstehung von Ozon in der Troposphäre als sekundärer Luftschadstoff. In diesem Fall wirkt Stickoxid (IV) als primäres, das unter Lichteinwirkung Sauerstoffradikale bildet. Diese Radikale interagieren mit Sauerstoffmolekülen, was zu Ozon führt.

Die Bildung von Ozon geht weiter, solange genügend Licht vorhanden ist, da NO mit Sauerstoffmolekülen wechselwirken kann, um das gleiche NO 2 zu bilden. Die Anreicherung von Ozon und anderen Sekundärluftschadstoffen kann zu photochemischem Smog führen.

Zu dieser Art von Reaktion gehört auch der wichtigste Prozess, der in Pflanzenzellen abläuft - die Photosynthese, deren Name für sich spricht.

2. Strahlungsreaktionen. Sie werden durch energiereiche Strahlung ausgelöst - Röntgenstrahlen, Kernstrahlung (γ-Strahlen, a-Teilchen - He 2+ usw.). Mit Hilfe von Strahlungsreaktionen werden sehr schnelle Radiopolymerisation, Radiolyse (Strahlungszersetzung) usw. durchgeführt.

Anstelle einer zweistufigen Herstellung von Phenol aus Benzol kann es beispielsweise durch die Wechselwirkung von Benzol mit Wasser unter Einwirkung von Strahlung gewonnen werden. Dabei entstehen aus Wassermolekülen die Radikale [OH] und [H], mit denen Benzol zu Phenol reagiert:

C 6 H 6 + 2 [OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O

Die Gummivulkanisation kann ohne Schwefel durch Radiovulkanisation durchgeführt werden, und der resultierende Gummi ist nicht schlechter als herkömmlicher Gummi.

3. Elektrochemische Reaktionen. Sie werden durch einen elektrischen Strom ausgelöst. Neben den Ihnen wohlbekannten Elektrolysereaktionen weisen wir auch auf die Reaktionen der Elektrosynthese hin, beispielsweise die Reaktionen der industriellen Herstellung von anorganischen Oxidationsmitteln

4. Thermochemische Reaktionen. Sie werden durch thermische Energie initiiert. Dazu gehören alle endothermen Reaktionen und viele exotherme Reaktionen, die eine anfängliche Wärmezufuhr, dh die Initiierung des Prozesses, erfordern.

Die obige Klassifizierung chemischer Reaktionen spiegelt sich im Diagramm wider.

Die Klassifizierung chemischer Reaktionen ist wie alle anderen Klassifizierungen bedingt. Die Wissenschaftler einigten sich darauf, die Reaktionen entsprechend den von ihnen identifizierten Anzeichen in bestimmte Typen zu unterteilen. Die meisten chemischen Umwandlungen lassen sich jedoch unterschiedlichen Typen zuordnen. Lassen Sie uns zum Beispiel den Ammoniaksyntheseprozess charakterisieren.

Dies ist eine zusammengesetzte Reaktion, Redox, exotherm, reversibel, katalytisch, heterogen (genauer heterogen katalytisch), die mit einem Druckabfall im System abläuft. Um den Prozess erfolgreich zu verwalten, müssen alle oben genannten Informationen berücksichtigt werden. Eine bestimmte chemische Reaktion ist immer multiqualitativ, sie zeichnet sich durch unterschiedliche Merkmale aus.

Klassifikation chemischer Reaktionen, die industriellen chemisch-technologischen Prozessen zugrunde liegen

CHEMISCH-TECHNOLOGISCHES VERFAHREN UND IHR INHALT

Der chemisch-technologische Prozess ist eine Reihe von Operationen, die es ermöglichen, das Zielprodukt aus dem Ausgangsmaterial zu gewinnen. Alle diese Vorgänge sind Teil von drei Hauptstufen, die für fast jeden chemisch-technologischen Prozess charakteristisch sind.

In der ersten Stufe werden die Operationen durchgeführt, die zur Vorbereitung der Ausgangsreagenzien für eine chemische Reaktion erforderlich sind. Die Reagenzien werden insbesondere in den reaktivsten Zustand überführt. Beispielsweise ist bekannt, dass die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen stark von der Temperatur abhängt, weshalb die Reagenzien häufig vor der Reaktion erhitzt werden. Gasförmige Rohstoffe werden auf einen bestimmten Druck komprimiert, um die Effizienz des Prozesses zu erhöhen und die Größe der Ausrüstung zu reduzieren. Um Nebenwirkungen zu eliminieren und ein qualitativ hochwertiges Produkt zu erhalten, wird das Ausgangsmaterial einer Reinigung von Verunreinigungen mit Methoden unterzogen, die auf den Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften (Löslichkeit in verschiedenen Lösungsmitteln, Dichte, Kondensations- und Kristallisationstemperaturen usw.) basieren. Bei der Reinigung von Rohstoffen und Reaktionsgemischen, den Phänomenen des Wärme- und Stofftransports, werden hydromechanische Verfahren vielfach eingesetzt. Es können auch chemische Reinigungsverfahren eingesetzt werden, die auf chemischen Reaktionen beruhen, wodurch unnötige Verunreinigungen in leicht trennbare Substanzen umgewandelt werden.

Entsprechend vorbereitete Reagenzien werden in der nächsten Stufe einer chemischen Wechselwirkung unterzogen, die aus mehreren Stufen bestehen kann. In den Pausen zwischen diesen Stufen ist es manchmal notwendig, Wärme- und Stoffübertragung und andere physikalische Prozesse wiederzuverwenden. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Schwefelsäure Schwefeldioxid partiell zu Trioxid oxidiert, dann das Reaktionsgemisch abgekühlt, daraus Schwefeltrioxid durch Absorption extrahiert und erneut der Oxidation zugeführt.

Als Ergebnis chemischer Reaktionen wird ein Gemisch aus Produkten (Ziel, Nebenprodukte, Nebenprodukte) und nicht umgesetzten Reagenzien erhalten. Die abschließenden Operationen der letzten Stufe sind mit der Trennung dieser Mischung verbunden, für die wiederum hydromechanische, Wärme- und Stoffübertragungsverfahren verwendet werden, zum Beispiel: Filtration, Zentrifugation, Rektifikation, Absorption, Extraktion usw. Die Reaktionsprodukte werden zugeschickt das Fertigproduktlager oder zur Weiterverarbeitung; nicht umgesetzte Rohstoffe werden im Prozess wiederverwendet und deren Recycling organisiert.

In allen Phasen, insbesondere in den Endstufen, erfolgt auch die Rückgewinnung von sekundären Stoff- und Energieressourcen. Die Ströme gasförmiger und flüssiger Stoffe, die in die Umwelt gelangen, werden einer Reinigung und Neutralisation von gefährlichen Verunreinigungen unterzogen. Feste Abfälle werden entweder der Weiterverarbeitung zugeführt oder unter umweltfreundlichen Bedingungen gelagert.

Somit ist der chemisch-technologische Prozess als Ganzes ein komplexes System, das aus einzelnen miteinander verbundenen Prozessen (Elementen) besteht und mit der Umwelt in Wechselwirkung tritt.

Die Elemente eines chemisch-technologischen Systems sind die oben genannten Prozesse der Wärme- und Stoffübertragung, hydromechanisch, chemisch usw. Sie werden als Einzelprozesse der chemischen Technologie betrachtet.

Ein wichtiges Teilsystem eines komplexen chemisch-technologischen Prozesses ist ein chemischer Prozess.

Ein chemischer Prozess ist eine oder mehrere chemische Reaktionen, die von den Phänomenen Wärme-, Stoff- und Impulsübertragung begleitet werden, die sich gegenseitig und den Ablauf einer chemischen Reaktion beeinflussen.

Die Analyse einzelner Prozesse, ihre gegenseitige Beeinflussung ermöglicht es uns, ein technologisches Regime zu entwickeln.

Ein technologisches Regime ist eine Reihe von technologischen Parametern (Temperatur, Druck, Konzentrationen von Reagenzien usw.), die die Betriebsbedingungen eines Geräts oder eines Systems von Geräten bestimmen (technologisches Schema).

Optimale Verfahrensbedingungen sind eine Kombination der Hauptparameter (Temperatur, Druck, Zusammensetzung der anfänglichen Reaktionsmischung usw.), die es ermöglicht, die höchste Produktausbeute bei hoher Geschwindigkeit zu erhalten oder die niedrigsten Kosten zu gewährleisten, vorbehaltlich der Bedingungen für die rationelle Nutzung von Rohstoffen und Energie und die Minimierung möglicher Umweltschäden.

Einzelne Prozesse finden in verschiedenen Apparaten statt - chemische Reaktoren, Absorptions- und Destillationskolonnen, Wärmetauscher usw. Einzelne Apparate werden in einem Verfahrensfließbild verbunden.

Das technologische Schema ist ein rational konstruiertes System einzelner Geräte, die durch verschiedene Arten von Verbindungen (direkt, rückwärts, seriell, parallel) verbunden sind und die es ermöglichen, ein bestimmtes Produkt einer bestimmten Qualität aus natürlichen Rohstoffen oder Halbfabrikaten zu erhalten.

Technologische Schemata sind offen und geschlossen, können Umgehungsströme (Bypass) und Rückführungen enthalten, wodurch die Effizienz des chemisch-technologischen Systems als Ganzes gesteigert werden kann.

Die Entwicklung und Konstruktion eines rationalen technologischen Schemas ist eine wichtige Aufgabe der chemischen Technologie.

Klassifikation chemischer Reaktionen, die industriellen chemisch-technologischen Prozessen zugrunde liegen

In der modernen Chemie ist eine Vielzahl unterschiedlicher chemischer Reaktionen bekannt. Viele von ihnen werden in industriellen chemischen Reaktoren durchgeführt und werden daher zum Studiengegenstand des Chemieingenieurwesens.

Um das Studium naturnaher Phänomene zu erleichtern, ist es in der Wissenschaft üblich, sie nach gemeinsamen Merkmalen zu klassifizieren. Je nachdem, welche Vorzeichen zugrunde gelegt werden, gibt es verschiedene Arten der Klassifizierung chemischer Reaktionen.

Eine wichtige Art der Klassifikation ist die Klassifikation nach Mechanismus für die Reaktion. Es gibt einfache (einstufige) und komplexe (mehrstufige) Reaktionen, insbesondere parallel, sequentiell und serienparallel.

Es werden einfache Reaktionen genannt, für deren Durchführung nur eine Energiebarriere (eine Stufe) überwunden werden muss.

Komplexe Reaktionen umfassen mehrere parallele oder aufeinanderfolgende Schritte (einfache Reaktionen).

Echte Einstufenreaktionen sind äußerst selten. Einige komplexe Reaktionen, die eine Reihe von Zwischenstufen durchlaufen, können jedoch bequemerweise als formal einfach angesehen werden. Dies ist in Fällen möglich, in denen Reaktionszwischenprodukte unter den Bedingungen der betrachteten Problemstellung nicht nachgewiesen werden.

Reaktionsklassifizierung nach Molekularität berücksichtigt, wie viele Moleküle am elementaren Akt der Reaktion beteiligt sind; unterscheiden zwischen mono-, bi- und trimolekularen Reaktionen.

Die Form der kinetischen Gleichung (Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von den Konzentrationen der Reagenzien) ermöglicht eine Einordnung in der Reihenfolge der Reaktion. Die Reaktionsordnung ist die Summe der Exponenten der Konzentrationen der Reaktanten in der kinetischen Gleichung. Es gibt Reaktionen erster, zweiter, dritter, gebrochener Ordnung.

Chemische Reaktionen sind auch durch thermische Wirkung. Bei exothermen Reaktionen, begleitet von Wärmefreisetzung ( Q> 0), nimmt die Enthalpie des Reaktionssystems ab ( ∆H < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (Q< 0), steigt die Enthalpie des Reaktionssystems ( ∆H> 0).

Für die Wahl des Designs eines chemischen Reaktors und Methoden zur Steuerung der Prozessführung ist dies von wesentlicher Bedeutung Phasenzusammensetzung Reaktionssystem.

Abhängig davon, wie viele (eine oder mehrere) Phasen die anfänglichen Reagenzien und Reaktionsprodukte bilden, werden chemische Reaktionen in homophasische und heterophasige unterteilt.

Homophasische Reaktionen sind solche, bei denen die Reaktanten, stabilen Zwischenprodukte und Reaktionsprodukte alle in derselben Phase vorliegen.

Reaktionen werden als heterophasig bezeichnet, bei denen die Ausgangsreagentien, stabile Zwischenprodukte und Reaktionsprodukte mehr als eine Phase bilden.

Abhängig von Leckzonen Reaktionen werden in homogene und heterogene Reaktionen unterteilt.

Die Begriffe "homogene" und "heterogene" Reaktionen stimmen nicht mit den Begriffen "homophasische" und "heterophasische" Prozesse überein. Die Homogenität und Heterogenität einer Reaktion spiegelt bis zu einem gewissen Grad ihren Mechanismus wider: ob die Reaktion im Volumen einer einzelnen Phase oder an der Phasengrenzfläche abläuft. Die Homo- und Heterophasigkeit des Prozesses erlaubt lediglich eine Beurteilung der Phasenzusammensetzung der Reaktionsteilnehmer.

Bei homogenen Reaktionen befinden sich die Edukte und Produkte in derselben Phase (flüssig oder gasförmig) und die Reaktion läuft im Volumen dieser Phase ab. Beispielsweise ist die Oxidation von Stickstoffmonoxid mit Luftsauerstoff bei der Herstellung von Salpetersäure eine Gasphasenreaktion, während Veresterungsreaktionen (Gewinnung von Estern aus organischen Säuren und Alkoholen) Flüssigphasenreaktionen sind.

Bei heterogenen Reaktionen befindet sich mindestens einer der Edukte oder Produkte in einem Phasenzustand, der sich vom Phasenzustand der anderen Teilnehmer unterscheidet, und die Phasengrenzfläche muss bei der Analyse berücksichtigt werden. Beispielsweise ist die Neutralisation einer Säure mit einem Alkali ein homophasischer homogener Prozess. Die katalytische Synthese von Ammoniak ist ein homophasischer heterogener Prozess. Die Oxidation von Kohlenwasserstoffen in flüssiger Phase mit gasförmigem Sauerstoff ist ein heterophasiger Prozess, die chemische Reaktion verläuft jedoch homogen. Das Löschen von Kalk CaO + H 2 O Ca (OH) 2 , bei dem alle drei Reaktionsteilnehmer getrennte Phasen bilden und die Reaktion an der Grenzfläche zwischen Wasser und Calciumoxid abläuft, ist ein heterophasiger heterogener Prozess.

Je nachdem, ob spezielle Substanzen, Katalysatoren, zur Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit verwendet werden oder nicht, werden sie unterschieden katalytisch und nicht katalytisch Reaktionen und dementsprechend chemisch-technologische Prozesse. Die überwiegende Mehrheit der chemischen Reaktionen, die industriellen chemisch-technologischen Prozessen zugrunde liegen, sind katalytische Reaktionen.

Bis heute gibt es keine etablierte Klassifizierung Chemische Prozesse Technologie. Es ist praktisch zweckmäßig, sie in Abhängigkeit von den Hauptmustern, die den Ablauf von Prozessen charakterisieren, zu kombinieren folgenden Gruppen:

hydrodynamische Prozesse; umfassen das Bewegen von Flüssigkeiten, das Trennen von Suspensionen und das Mischen. Um flüssige Reagenzien und Zwischenprodukte zu bewegen, werden verschiedene Pumpen verwendet: Kolben-, Zentrifugal-, Jet-Pumpen usw. Suspensionen werden durch Absetzen, Filtern getrennt.

2Thermische Prozesse; Änderung des makroskopischen Zustands eines thermodynamischen Systems.

3Diffusionsprozesse; Änderung des makroskopischen Zustands eines thermodynamischen Systems.

Das System, in dem der thermische Prozess stattfindet, wird als Arbeitsmedium bezeichnet.

Thermische Prozesse lassen sich in Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht unterteilen. Gleichgewicht ist ein Prozess, bei dem alle Zustände, die das System durchläuft, Gleichgewichtszustände sind.

Thermische Prozesse können in reversible und irreversible unterteilt werden. Ein Vorgang heißt reversibel, wenn er durch alle gleichen Zwischenzustände in umgekehrter Richtung durchgeführt werden kann.

1. Kühlprozesse; sorgen für Dauerkünste, Kühlung dekomp. in-in (Körper), indem man ihnen Wärme entzieht. natürlich Die Kühlung mit kaltem Wasser oder Luft ermöglicht eine Abkühlung auf die Temperatur des Kühlmediums und benötigt keine Energiezufuhr. In der Kunst findet eine Abkühlung auf niedrigere Temperaturen statt. kalte Umgebungen, deren Erzeugung mech., thermisch oder chemisch verbraucht. Energie

   mechanische Prozesse im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Feststoffen;

   chemische Prozesse im Zusammenhang mit der chemischen Umwandlung verarbeiteter Materialien.

Prozesse unterteilt auch auf:

Zeitschrift,

kontinuierlich,

kombiniert.

Batch-Prozess Es ist gekennzeichnet durch die Einheit des Ortes, an dem seine einzelnen Stadien stattfinden, und durch einen instationären Zustand in der Zeit. Periodische Prozesse werden in Einrichtungen mit periodischer Wirkung durchgeführt, aus denen das Endprodukt in bestimmten Intervallen ganz oder teilweise entladen wird. Nach dem Entladen der Vorrichtung wird eine neue Charge von Rohmaterialien darin geladen und der Produktionszyklus wird erneut wiederholt. Aufgrund des instationären Zustands eines periodischen Prozesses an jedem Punkt der Masse des zu verarbeitenden Materials oder in jedem Abschnitt der Apparatur können einzelne physikalische Größen oder Parameter (z. B. Temperatur, Druck, Konzentration, Wärmekapazität, Geschwindigkeit usw. ), die den Prozess und den Zustand der zu verarbeitenden Stoffe charakterisieren, ändern sich während der Prozesszeit.

Kontinuierlicher Prozess gekennzeichnet durch die Einheit des zeitlichen Verlaufs aller seiner Phasen, den stationären Zustand und die kontinuierliche Auswahl des Endprodukts. Kontinuierliche Prozesse werden in Durchlaufanlagen durchgeführt. Aufgrund des stationären Zustands an jedem Punkt der Masse des zu verarbeitenden Materials oder in jedem Abschnitt einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung bleiben physikalische Größen oder Parameter während des gesamten Prozesses praktisch unverändert.

Kombinierter Prozess ist entweder ein kontinuierliches Verfahren, dessen einzelne Stufen periodisch durchgeführt werden, oder ein solches periodisches Verfahren, dessen eine oder mehrere Stufen kontinuierlich durchgeführt werden. Kontinuierliche Prozesse haben eine Reihe von signifikanten Vorteilen gegenüber periodischen und kombinierten. Zu diesen Vorteilen zählen vor allem:

die Möglichkeit der vollständigen Mechanisierung und Automatisierung, wodurch der Einsatz von Handarbeit auf ein Minimum reduziert wird;

Homogenität der erhaltenen Produkte und die Möglichkeit, ihre Qualität zu verbessern;

die Kompaktheit der Ausrüstung, die für die Durchführung des Verfahrens erforderlich ist, was sowohl die Kapitalkosten als auch die Reparaturkosten reduziert.

Daher streben sie derzeit in allen Technologiezweigen an, von periodisch zu überzugehen kontinuierliche Produktionsprozesse.

26. Eine verallgemeinerte Methode zur technologischen Berechnung von Vorklärbecken besteht in der Auswahl des Typs und der erforderlichen Anzahl typischer Strukturen, die die erforderliche Klärwirkung erzielen.

Da sind viele Methoden der technologischen Berechnung von horizontalen Absetzbecken, die auf empirischen Abhängigkeiten und experimentell ermittelten Koeffizienten beruhen. Diese Formeln basieren auf dem Verhältnis zwischen der Absetzzeit, die erforderlich ist, um den gewünschten Effekt der Abwasserklärung zu erzielen, und der Absetzgeschwindigkeit (Auftritt) der Partikel, die im Sumpf zurückgehalten werden müssen.

Von einer großen Anzahl Bei den hierfür vorgeschlagenen Berechnungsformeln sind nur solche progressiv, die eine möglichst vollständige Berücksichtigung der tatsächlichen Ablagerungsbedingungen und der Beziehung zwischen den Hauptberechnungsparametern ermöglichen. Diese Anforderung wird durch Formeln erfüllt, die sich auf die Absetzzeit beziehen, die erforderlich ist, um den gewünschten Effekt der Klärung des Abwassers zu erzielen, und die Absetzgeschwindigkeit der Partikel, die im Sumpf zurückgehalten werden müssen.

Von einer großen Anzahl Methoden der technologischen Berechnung von Absetzbecken und den hierfür vorgeschlagenen Berechnungsformeln sind nur solche progressiv, die eine möglichst vollständige Berücksichtigung der tatsächlichen Ablagerungsbedingungen und der Beziehung zwischen den wichtigsten Berechnungsparametern ermöglichen. Diese Anforderung wird durch Formeln erfüllt, die die zur Erzielung des gewünschten Reinigungseffekts des Abwassers erforderliche Beruhigungszeit und die hydraulische Größe der Partikel, die im Sumpf zurückgehalten werden müssen, in Beziehung setzen.

27. Der Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit wird in erster Näherung durch die Van't-Hoff-Regel bestimmt: Im Temperaturbereich von 0 °C bis 100 °C nimmt bei einer Temperaturerhöhung je 10 Grad die Geschwindigkeit a zu chemische Reaktion erhöht sich um das 2-4-fache:

Van't Hoffs Regel- eine empirische Regel, die es in erster Näherung ermöglicht, den Einfluss der Temperatur auf die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion in einem kleinen Temperaturbereich (normalerweise von 0 ° C bis 100 ° C) abzuschätzen. J. H. van't Hoff formulierte auf der Grundlage vieler Experimente die folgende Regel:

Die Gleichung, die diese Regel beschreibt, lautet wie folgt:

wo ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei Temperatur, ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei Temperatur, ist der Temperaturkoeffizient der Reaktion (wenn er beispielsweise gleich 2 ist, erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Zweifache bei einer Temperaturerhöhung um 10 Grad ).

Es sei daran erinnert, dass die Van't-Hoff-Regel nur für Reaktionen mit einer Aktivierungsenergie von 60-120 kJ / mol im Temperaturbereich von 10-400 ° C gilt. Die Van't-Hoff-Regel gilt auch nicht für Reaktionen, bei denen Sperrige Moleküle nehmen zum Beispiel Proteine ​​in biologischen Systemen teil. Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Arrhenius-Gleichung genauer beschrieben. stellt die Abhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante einer chemischen Reaktion von der Temperatur dar. Nach einem einfachen Stoßmodell kann eine chemische Reaktion zwischen zwei Ausgangsstoffen nur durch Stoß von Molekülen dieser Stoffe ablaufen. Aber nicht jede Kollision führt zu einer chemischen Reaktion. Damit die Moleküle miteinander zu reagieren beginnen, muss eine bestimmte Energiebarriere überwunden werden. Das heißt, die Moleküle müssen eine bestimmte Mindestenergie (Aktivierungsenergie) aufweisen, um diese Barriere zu überwinden. Boltzmann-Verteilungen für die kinetische Energie von Molekülen Es ist bekannt, dass die Anzahl der Moleküle mit Energie proportional ist . Als Ergebnis wird die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch eine Gleichung dargestellt, die der schwedische Chemiker Svante Arrhenius aus thermodynamischen Überlegungen erhalten hat:

Hier charakterisiert die Häufigkeit von Stößen reagierender Moleküle die universelle Gaskonstante.

Extraktion(von lat. extraho - Auszug) - ein Verfahren zum Extrahieren eines Stoffes aus einer Lösung oder Trockenmischung unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels ( Extraktionsmittel). Zur Extraktion aus einer Lösung werden Lösungsmittel verwendet, die mit dieser Lösung nicht mischbar sind, in denen sich die Substanz aber besser löst als im ersten Lösungsmittel.

Die Extraktion kann einzeln (einfach oder mehrfach) oder kontinuierlich ( Versickerung).

Die einfachste Extraktionsmethode aus einer Lösung stellt das ein- oder mehrmalige Waschen mit einem Extraktionsmittel in einem Scheidetrichter dar. Ein Scheidetrichter ist ein Gefäß mit einem Stopfen und einem Hahn zum Ablassen der unteren Flüssigkeitsschicht. Für die kontinuierliche Extraktion werden spezielle Geräte verwendet - Extraktoren oder Perkolatoren.

Zur Extraktion einer einzelnen Substanz oder eines bestimmten Gemisches (Extrakt) aus Trockenprodukten in Laboratorien ist die kontinuierliche Soxhlet-Extraktion weit verbreitet.

In der Laborpraxis der chemischen Synthese kann die Extraktion dazu verwendet werden, eine reine Substanz aus einem Reaktionsgemisch zu isolieren oder während der Synthese eines der Reaktionsprodukte kontinuierlich aus einem Reaktionsgemisch zu entfernen.

Die Extraktion wird in der Chemie-, Ölraffinations-, Lebensmittel-, Metallurgie-, Pharma- und anderen Industrien, in der analytischen Chemie und der chemischen Synthese eingesetzt.

29. Technologischer Prozess- Dies ist ein Teil des Produktionsprozesses, der zielgerichtete Aktionen zur Änderung und (oder) Bestimmung des Zustands des Arbeitsgegenstands enthält. Zu den Arbeitsgegenständen gehören Rohlinge und Produkte.

Die chemischen Eigenschaften von Stoffen zeigen sich in einer Vielzahl chemischer Reaktionen.

Umwandlungen von Stoffen, begleitet von einer Änderung ihrer Zusammensetzung und (oder) Struktur, werden genannt chemische Reaktionen. Häufig findet sich folgende Definition: chemische Reaktion Der Prozess der Umwandlung von Ausgangsstoffen (Reagenzien) in Endstoffe (Produkte) wird genannt.

Chemische Reaktionen werden unter Verwendung chemischer Gleichungen und Schemata geschrieben, die die Formeln der Ausgangsmaterialien und Reaktionsprodukte enthalten. In chemischen Gleichungen ist im Gegensatz zu Schemata die Anzahl der Atome jedes Elements auf der linken und rechten Seite gleich, was das Massenerhaltungsgesetz widerspiegelt.

Auf der linken Seite der Gleichung stehen die Formeln der Ausgangsstoffe (Reagenzien), auf der rechten Seite die durch eine chemische Reaktion erhaltenen Stoffe (Reaktionsprodukte, Endstoffe). Das Gleichheitszeichen, das die linke und rechte Seite verbindet, zeigt an, dass die Gesamtzahl der Atome der an der Reaktion beteiligten Substanzen konstant bleibt. Dies wird erreicht, indem den Formeln ganzzahlige stöchiometrische Koeffizienten vorangestellt werden, die die Mengenverhältnisse zwischen den Edukten und Reaktionsprodukten zeigen.

Chemische Gleichungen können zusätzliche Informationen über die Merkmale der Reaktion enthalten. Wenn eine chemische Reaktion unter dem Einfluss äußerer Einflüsse (Temperatur, Druck, Strahlung usw.) abläuft, wird dies durch das entsprechende Symbol, meist über (oder „unter“) dem Gleichheitszeichen, angezeigt.

Eine große Anzahl chemischer Reaktionen kann in mehrere Reaktionstypen eingeteilt werden, die durch wohldefinierte Merkmale gekennzeichnet sind.

Als Klassifikationsmerkmale Folgendes kann ausgewählt werden:

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. Das Vorzeichen des thermischen Effekts trennt alle Reaktionen in: exotherm Reaktionen, die mit dem Exo-Effekt ablaufen - die Freisetzung von Energie in Form von Wärme (Q> 0, ∆H<0):

C + O 2 \u003d CO 2 + Q

und endothermisch Reaktionen, die mit dem Endo-Effekt ablaufen - die Aufnahme von Energie in Form von Wärme (Q<0, ∆H >0):

N 2 + O 2 \u003d 2NO - Q.

Solche Reaktionen sind thermochemisch.

Lassen Sie uns jede der Reaktionsarten genauer betrachten.

Einteilung nach Anzahl und Zusammensetzung der Reagenzien und Endstoffe

1. Verbindungsreaktionen

Bei den Reaktionen einer Verbindung aus mehreren reagierenden Stoffen relativ einfacher Zusammensetzung wird ein Stoff komplexerer Zusammensetzung erhalten:

In der Regel gehen diese Reaktionen mit Wärmefreisetzung einher, d.h. zur Bildung stabilerer und weniger energiereicher Verbindungen führen.

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

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

und als Redox klassifiziert werden:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

2. Zersetzungsreaktionen

Zersetzungsreaktionen führen zur Bildung mehrerer Verbindungen aus einem komplexen Stoff:

A = B + C + D.

Die Zersetzungsprodukte einer komplexen Substanz können sowohl einfache als auch komplexe Substanzen sein.

Von den Zersetzungsreaktionen, die ohne Änderung der Wertigkeitszustände ablaufen, ist die Zersetzung von kristallinen Hydraten, Basen, Säuren und Salzen sauerstoffhaltiger Säuren zu beachten:

	zu
4HNO 3	=	2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O.

2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2,
(NH 4) 2Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

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

Zersetzungsreaktionen in der organischen Chemie werden als Cracken bezeichnet:

C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20,

oder Dehydrierung

C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2.

3. Substitutionsreaktionen

Bei Substitutionsreaktionen wechselwirkt normalerweise eine einfache Substanz mit einer komplexen und bildet eine andere einfache Substanz und eine andere komplexe:

A + BC = AB + C.

Diese Reaktionen gehören in der überwiegenden Mehrheit zu Redoxreaktionen:

2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3,

Zn + 2 HCl \u003d ZnCl 2 + H 2,

2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2,

2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2.

Beispiele für Substitutionsreaktionen, die nicht mit einer Änderung der Wertigkeitszustände von Atomen einhergehen, sind äußerst wenige. Zu beachten ist die Reaktion von Siliziumdioxid mit Salzen sauerstoffhaltiger Säuren, die gasförmigen oder flüchtigen Anhydriden entsprechen:

CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2,

Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 \u003d ZCaSiO 3 + P 2 O 5,

Manchmal werden diese Reaktionen als Austauschreaktionen betrachtet:

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl.

4. Austauschreaktionen

Austauschreaktionen Reaktionen zwischen zwei Verbindungen, die ihre Bestandteile austauschen, nennt man:

AB + CD = AD + CB.

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 + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 O,

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,

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

Ein Sonderfall dieser Austauschreaktionen ist Neutralisationsreaktionen:

HCl + KOH \u003d KCl + H 2 O.

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

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2,

Ca (HCO 3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O,

CH 3 COONa + H 3 RO 4 \u003d CH 3 COOH + NaH 2 RO 4.

5. Übertragungsreaktionen.

Bei Transferreaktionen geht ein Atom oder eine Gruppe von Atomen von einer Struktureinheit zur anderen über:

AB + BC \u003d A + B 2 C,

A 2 B + 2CB 2 = DIA 2 + DIA 3.

Zum Beispiel:

2AgCl + SnCl 2 \u003d 2Ag + SnCl 4,

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

Einteilung der Reaktionen nach Phasenmerkmalen

Je nach Aggregatzustand der reagierenden Stoffe werden folgende Reaktionen unterschieden:

1. Gasreaktionen

H 2 + Cl 2		2HCl.

2. Reaktionen in Lösungen

NaOH (p-p) + HCl (p-p) \u003d NaCl (p-p) + H 2 O (l)

3. Reaktionen zwischen Feststoffen

	zu
CaO (tv) + SiO 2 (tv)	=	CaSiO 3 (TV)

Einteilung der Reaktionen nach der Anzahl der Phasen.

Unter einer Phase versteht man eine Menge homogener Teile eines Systems mit gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die durch eine Grenzfläche voneinander getrennt sind.

Unter diesem Gesichtspunkt kann die ganze Vielfalt der Reaktionen in zwei Klassen eingeteilt werden:

1. Homogene (einphasige) Reaktionen. Dazu gehören Reaktionen, die in der Gasphase ablaufen, und eine Reihe von Reaktionen, die in Lösungen ablaufen.

2. Heterogene (mehrphasige) Reaktionen. Dazu gehören Reaktionen, bei denen die Edukte und Produkte der Reaktion in unterschiedlichen Phasen vorliegen. Zum Beispiel:

Gas-Flüssigphasen-Reaktionen

CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHCO 3 (p-p).

Gas-Festphasen-Reaktionen

CO 2 (g) + CaO (tv) \u003d CaCO 3 (tv).

Flüssig-Festphasen-Reaktionen

Na 2 SO 4 (Lösung) + BaCl 3 (Lösung) \u003d BaSO 4 (TV) ↓ + 2NaCl (p-p).

Flüssig-Gas-Festphasen-Reaktionen

Ca (HCO 3) 2 (Lösung) + H 2 SO 4 (Lösung) \u003d CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (tv) ↓.

Einteilung der Reaktionen nach Art der mitgeführten Partikel

1. Protolytische Reaktionen.

Zu protolytische Reaktionen umfassen chemische Prozesse, deren Kern die Übertragung eines Protons von einem Reaktanten auf einen anderen ist.

Diese Einteilung basiert auf der protolytischen Theorie der Säuren und Basen, wonach eine Säure jeder Stoff ist, der ein Proton abgibt, und eine Base ein Stoff ist, der ein Proton aufnehmen kann, zum Beispiel:

Protolytische Reaktionen umfassen Neutralisations- und Hydrolysereaktionen.

2. Redoxreaktionen.

Dazu gehören Reaktionen, bei denen die Reaktanten Elektronen austauschen, während sie den Oxidationszustand der Atome der Elemente ändern, aus denen die Reaktanten bestehen. Zum Beispiel:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,

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

Die überwiegende Mehrheit der chemischen Reaktionen sind Redoxreaktionen, sie spielen eine äußerst wichtige Rolle.

3. Ligandenaustauschreaktionen.

Dazu gehören Reaktionen, bei denen die Übertragung eines Elektronenpaars unter Ausbildung einer kovalenten Bindung nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus erfolgt. Zum Beispiel:

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

Fe + 5 CO = ,

Al(OH) 3 + NaOH = .

Ein charakteristisches Merkmal von Ligandenaustauschreaktionen ist, dass die Bildung neuer Verbindungen, sogenannter Komplexverbindungen, ohne Änderung der Oxidationsstufe erfolgt.

4. Reaktionen des atommolekularen Austauschs.

Zu diesem Reaktionstyp gehören viele der in der organischen Chemie untersuchten Substitutionsreaktionen, die nach dem radikalischen, elektrophilen oder nukleophilen Mechanismus ablaufen.

Reversible und irreversible chemische Reaktionen

Als reversibel werden solche chemischen Prozesse bezeichnet, deren Produkte unter den gleichen Bedingungen, unter denen sie entstehen, miteinander unter Bildung von Ausgangsstoffen reagieren können.

Für reversible Reaktionen wird die Gleichung normalerweise wie folgt geschrieben:

Zwei entgegengesetzt gerichtete Pfeile zeigen an, dass unter denselben Bedingungen sowohl Hin- als auch Rückreaktion gleichzeitig ablaufen, zum Beispiel:

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

Irreversibel sind solche chemischen Prozesse, deren Produkte nicht unter Bildung von Ausgangsstoffen miteinander reagieren können. Beispiele für irreversible Reaktionen sind die Zersetzung von Bertolet-Salz beim Erhitzen:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2,

oder Oxidation von Glucose mit Luftsauerstoff:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O.