Epäorgaanisen ja orgaanisen kemian kemiallisten reaktioiden luokittelu tapahtuu erilaisten luokitteluominaisuuksien perusteella, joista on tarkemmat tiedot alla olevasta taulukosta.
Alkuaineiden hapetusastetta muuttamalla
Ensimmäinen merkki luokittelusta on lähtöaineiden ja tuotteiden muodostavien alkuaineiden hapetusasteen muuttaminen.
a) redox
b) hapetusastetta muuttamatta
redox joita kutsutaan reaktioksi, johon liittyy reagenssien muodostavien kemiallisten alkuaineiden hapetusasteiden muutos. Epäorgaanisen kemian redox-reaktiot sisältävät kaikki substituutioreaktiot sekä ne hajoamis- ja yhdistereaktiot, joissa on mukana vähintään yksi yksinkertainen aine. Reaktiot, jotka etenevät muuttamatta lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden muodostavien alkuaineiden hapetusasteita, sisältävät kaikki vaihtoreaktiot.
Reagenssien ja tuotteiden määrän ja koostumuksen mukaan
Kemialliset reaktiot luokitellaan prosessin luonteen mukaan eli lähtöaineiden ja tuotteiden lukumäärän ja koostumuksen mukaan.
Yhteysreaktiot kutsutaan kemiallisiksi reaktioiksi, joiden seurauksena monimutkaisia molekyylejä saadaan useista yksinkertaisemmista, esimerkiksi:
4Li + O 2 = 2Li 2O
Hajoamisreaktiot kutsutaan kemiallisiksi reaktioiksi, joiden seurauksena yksinkertaisia molekyylejä saadaan monimutkaisemmista, esimerkiksi:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2
Hajoamisreaktioita voidaan pitää prosesseina, jotka ovat käänteisiä yhdisteelle.
korvausreaktiot kutsutaan kemiallisia reaktioita, joiden seurauksena aineen molekyylissä oleva atomi tai atomiryhmä korvataan toisella atomilla tai atomiryhmällä, esimerkiksi:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2
Niiden erottuva piirre on yksinkertaisen aineen vuorovaikutus monimutkaisen aineen kanssa. Tällaisia reaktioita esiintyy orgaanisessa kemiassa.
Kuitenkin "substituution" käsite orgaanisissa aineissa on laajempi kuin epäorgaanisessa kemiassa. Jos jokin atomi tai funktionaalinen ryhmä alkuperäisen aineen molekyylissä korvataan toisella atomilla tai ryhmällä, nämä ovat myös substituutioreaktioita, vaikka epäorgaanisen kemian näkökulmasta prosessi näyttää vaihtoreaktiolta.
- vaihto (mukaan lukien neutralointi).
Vaihda reaktioita kutsua kemiallisia reaktioita, jotka tapahtuvat muuttamatta alkuaineiden hapetusasteita ja johtavat reagenssien aineosien vaihtoon, esimerkiksi:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3
Juokse vastakkaiseen suuntaan, jos mahdollista.
Jos mahdollista, jatka päinvastaiseen suuntaan - palautuva ja peruuttamaton.
käännettävä Niitä kutsutaan kemiallisiksi reaktioksi, jotka tapahtuvat tietyssä lämpötilassa samanaikaisesti kahdessa vastakkaisessa suunnassa suhteellisilla nopeuksilla. Kun kirjoitetaan tällaisten reaktioiden yhtälöitä, yhtäläisyysmerkki korvataan vastakkaiseen suuntaan olevilla nuolilla. Yksinkertaisin esimerkki palautuvasta reaktiosta on ammoniakin synteesi typen ja vedyn vuorovaikutuksessa:
N2 + 3H2↔2NH3
peruuttamaton ovat reaktioita, jotka etenevät vain eteenpäin, minkä seurauksena muodostuu tuotteita, jotka eivät ole vuorovaikutuksessa keskenään. Peruuttamattomia ovat kemialliset reaktiot, joissa muodostuu hieman dissosioituneita yhdisteitä, vapautuu suuri määrä energiaa, sekä ne, joissa lopputuotteet poistuvat reaktiopallosta kaasumaisessa muodossa tai sakan muodossa, esim.
HCl + NaOH = NaCl + H2O
2Ca + O 2 \u003d 2CaO
BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr
Lämpövaikutuksella
eksoterminen ovat kemiallisia reaktioita, jotka vapauttavat lämpöä. Entalpian (lämpösisällön) muutoksen symboli on ΔH ja reaktion lämpövaikutus on Q. Eksotermisissä reaktioissa Q > 0 ja ΔH< 0.
endoterminen kutsutaan kemiallisiksi reaktioiksi, jotka tapahtuvat lämmön imeytymisen yhteydessä. Endotermisille reaktioille Q< 0, а ΔH > 0.
Kytkentäreaktiot ovat yleensä eksotermisiä reaktioita ja hajoamisreaktiot ovat endotermisiä. Harvinainen poikkeus on typen reaktio hapen kanssa - endoterminen:
N2 + O2 → 2NO - K
Vaiheittain
homogeeninen kutsutaan homogeenisessa väliaineessa tapahtuvia reaktioita (homogeeniset aineet, yhdessä faasissa, esim. g-g, reaktiot liuoksissa).
heterogeeninen kutsutaan reaktioiksi, jotka tapahtuvat epähomogeenisessa väliaineessa, eri faasien, esimerkiksi kiinteiden ja kaasumaisten, nestemäisten ja kaasumaisten, kosketuspinnalla kahdessa sekoittumattomassa nesteessä.
Käyttämällä katalyyttiä
Katalyytti on aine, joka nopeuttaa kemiallista reaktiota.
katalyyttiset reaktiot jatketaan vain katalyytin (mukaan lukien entsymaattiset) läsnä ollessa.
Ei-katalyyttiset reaktiot ajetaan ilman katalyyttiä.
Repeämän tyypin mukaan
Alkuperäisen molekyylin kemiallisen sidoksen katkeamisen tyypin mukaan erotetaan homolyyttiset ja heterolyyttiset reaktiot.
homolyyttinen kutsutaan reaktioksi, joissa sidosten katkeamisen seurauksena muodostuu hiukkasia, joissa on pariton elektroni - vapaat radikaalit.
Heterolyyttinen kutsutaan reaktioiksi, jotka etenevät ionihiukkasten - kationien ja anionien - muodostumisen kautta.
- homolyyttinen (sama väli, jokainen atomi vastaanottaa 1 elektronin)
- heterolyyttinen (epätasainen väli - yksi saa elektroniparin)
Radikaali(ketju)kemiallisia reaktioita, joihin liittyy radikaaleja, kutsutaan esimerkiksi:
CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl
Ioninen kutsutaan kemiallisiksi reaktioiksi, jotka tapahtuvat ionien kanssa, esimerkiksi:
KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓
Elektrofiilisellä tarkoitetaan orgaanisten yhdisteiden heterolyyttisiä reaktioita elektrofiilien kanssa - hiukkasten, jotka sisältävät kokonaisen tai osittaisen positiivisen varauksen. Ne on jaettu elektrofiiliseen substituutioon ja elektrofiiliseen additioreaktioihin, esimerkiksi:
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
Nukleofiilinen viittaa orgaanisten yhdisteiden heterolyyttisiin reaktioihin nukleofiilien kanssa - hiukkasten, joissa on kokonaisluku tai murto-osa negatiivinen varaus. Ne on jaettu nukleofiilisiin substituutio- ja nukleofiilisiin additioreaktioihin, esimerkiksi:
CH3Br + NaOH → CH3OH + NaBr
CH 3 C (O) H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH (OC 2 H 5) 2 + H 2 O
Orgaanisten reaktioiden luokitus
Orgaanisten reaktioiden luokitus on annettu taulukossa:
Kaikki aineet voidaan jakaa yksinkertainen (koostuu yhden kemiallisen alkuaineen atomeista) ja monimutkainen (koostuu eri kemiallisten alkuaineiden atomeista). Alkuaineaineet jaetaan metallit ja epämetallit.
Metalleille on ominaista "metallinen" kiilto, muokattavuus, muokattavuus, ne voidaan rullata levyiksi tai vetää langaksi, niillä on hyvä lämmön- ja sähkönjohtavuus. Huoneenlämmössä kaikki metallit paitsi elohopea ovat kiinteässä tilassa.
Epämetallit eivät kiiltoa, ovat hauraita eivätkä johda hyvin lämpöä ja sähköä. Huoneenlämpötilassa jotkut epämetallit ovat kaasumaisessa tilassa.
Yhdisteet jaetaan orgaanisiin ja epäorgaanisiin.
Luomu yhdisteitä kutsutaan yleisesti hiiliyhdisteiksi. Orgaaniset yhdisteet ovat osa biologisia kudoksia ja ovat elämän perusta maapallolla.
Kaikki muut yhteydet kutsutaan epäorgaaninen (harvoin mineraalinen). Yksinkertaisia hiiliyhdisteitä (CO, CO 2 ja monia muita) kutsutaan yleensä epäorgaanisiksi yhdisteiksi, ne otetaan yleensä huomioon epäorgaanisen kemian aikana.
Epäorgaanisten yhdisteiden luokitus
Epäorgaaniset aineet jaetaan luokkiin joko koostumuksen (binääri- ja monialkuaine; happea sisältävät, typpeä sisältävät jne.) tai toiminnallisten ominaisuuksien mukaan.
Suolat, hapot, emäkset ja oksidit ovat tärkeimpiä epäorgaanisten yhdisteiden luokkia, jotka on eristetty niiden toiminnallisten ominaisuuksien perusteella.
suola ovat yhdisteitä, jotka dissosioituvat liuoksessa metallikationeiksi ja happotähteiksi. Esimerkkejä suoloista ovat esimerkiksi bariumsulfaatti BaS04 ja sinkkikloridi ZnCl2.
hapot- aineet, jotka dissosioituvat liuoksissa muodostaen vetyioneja. Esimerkkejä epäorgaanisista hapoista ovat suolahapot (HCl), rikkihapot (H 2 SO 4), typpihapot (HNO 3), fosforihapot (H 3 PO 4). Happojen tyypillisin kemiallinen ominaisuus on niiden kyky reagoida emästen kanssa muodostaen suoloja. Laimeiden liuosten dissosiaatioasteen mukaan hapot jaetaan vahvoihin happoihin, keskivahvaisiin happoihin ja heikkoihin happoihin. Redox-kyvyn mukaan erotetaan hapettavat hapot (HNO 3) ja pelkistävät hapot (HI, H 2 S). Hapot reagoivat emästen, amfoteeristen oksidien ja hydroksidien kanssa muodostaen suoloja.
Säätiöt- aineet, jotka hajoavat liuoksissa muodostaen vain hydroksidianioneja (OH 1-). Vesiliukoisia emäksiä kutsutaan alkaleiksi (KOH, NaOH). Emästen tyypillinen ominaisuus on vuorovaikutus happojen kanssa suolan ja veden muodostamiseksi.
oksideja ovat kahden alkuaineen yhdisteitä, joista toinen on happi. On emäksisiä, happamia ja amfoteerisia oksideja. Emäksisiä oksideja muodostavat vain metallit (CaO, K 2 O), ne vastaavat emäksiä (Ca (OH) 2, KOH). Epämetallit (SO 3, P 2 O 5) ja metallit, joilla on korkea hapetusaste (Mn 2 O 7) muodostavat happooksideja, ne vastaavat happoja (H 2 SO 4, H 3 PO 4, HMnO 4) ). Amfoteerisilla oksideilla on olosuhteista riippuen happamia ja emäksisiä ominaisuuksia, ne ovat vuorovaikutuksessa happojen ja emästen kanssa. Näitä ovat Al 2 O 3, ZnO, Cr 2 O 3 ja monet muut. On oksideja, joilla ei ole emäksisiä eikä happamia ominaisuuksia. Tällaisia oksideja kutsutaan välinpitämättömiksi (N 2 O, CO jne.)
Orgaanisten yhdisteiden luokitus
Orgaanisissa yhdisteissä oleva hiili muodostaa pääsääntöisesti stabiileja rakenteita, jotka perustuvat hiili-hiilisidoksiin. Sen kyky muodostaa tällaisia rakenteita, hiili on vertaansa vailla muihin alkuaineisiin. Suurin osa orgaanisista molekyyleistä koostuu kahdesta osasta: fragmentista, joka pysyy muuttumattomana reaktion aikana, ja ryhmästä, joka muuttuu. Tässä suhteessa määritetään orgaanisten aineiden kuuluminen yhteen tai toiseen luokkaan ja joukkoon yhdisteitä.
Orgaanisen yhdisteen molekyylin muuttumatonta fragmenttia pidetään yleensä molekyylin selkärangana. Se voi olla luonteeltaan hiilivety tai heterosyklinen. Tässä suhteessa voidaan tavanomaisesti erottaa neljä suurta yhdisteiden sarjaa: aromaattiset, heterosykliset, alisykliset ja asykliset.
Orgaanisessa kemiassa erotetaan myös lisäsarjoja: hiilivedyt, typpeä sisältävät yhdisteet, happea sisältävät yhdisteet, rikkipitoiset yhdisteet, halogeenipitoiset yhdisteet, organometalliyhdisteet, organopiiyhdisteet.
Näiden perussarjojen yhdistämisen seurauksena muodostuu yhdistesarjoja, esimerkiksi: "Asykliset hiilivedyt", "Aromaattiset typpeä sisältävät yhdisteet".
Tiettyjen funktionaalisten ryhmien tai alkuaineatomien läsnäolo määrää sen, kuuluuko yhdiste vastaavaan luokkaan. Orgaanisten yhdisteiden pääluokista erotetaan alkaanit, bentseenit, nitro- ja nitrosoyhdisteet, alkoholit, fenolit, furaanit, eetterit ja monet muut.
Kemiallisten sidosten tyypit
Kemiallinen sidos on vuorovaikutus, jossa on kaksi tai useampia atomia, molekyylejä tai mikä tahansa niiden yhdistelmä. Luonteeltaan kemiallinen sidos on sähköinen vetovoima negatiivisesti varautuneiden elektronien ja positiivisesti varautuneiden atomiytimien välillä. Tämän vetovoiman suuruus riippuu pääasiassa atomien ulkokuoren elektronisesta konfiguraatiosta.
Atomin kyvylle muodostaa kemiallisia sidoksia on ominaista sen valenssi. Kemiallisen sidoksen muodostumiseen osallistuvia elektroneja kutsutaan valenssielektroneiksi.
Kemiallisia sidoksia on useita tyyppejä: kovalenttinen, ioninen, vety, metallinen.
Koulutuksessa kovalenttisidos vuorovaikutuksessa olevien atomien elektronipilvet menevät osittain päällekkäin, muodostuu elektronipareja. Kovalenttinen sidos on sitä vahvempi, mitä enemmän vuorovaikutuksessa olevat elektronipilvet menevät päällekkäin.
Erota polaariset ja ei-polaariset kovalenttiset sidokset.
Jos diatominen molekyyli koostuu identtisistä atomeista (H 2 , N 2 ), niin elektronipilvi jakautuu avaruudessa symmetrisesti molempien atomien suhteen. Tätä kovalenttista sidosta kutsutaan ei-polaarinen (homeopolaarinen). Jos kaksiatominen molekyyli koostuu eri atomeista, niin elektronipilvi siirtyy kohti atomia, jolla on korkeampi suhteellinen elektronegatiivisuus. Tätä kovalenttista sidosta kutsutaan napainen (heteropolaarinen). Esimerkkejä yhdisteistä, joissa on tällainen sidos, ovat HCl, HBr, HJ.
Tarkastetuissa esimerkeissä jokaisessa atomissa on yksi pariton elektroni; kun kaksi tällaista atomia ovat vuorovaikutuksessa, syntyy yhteinen elektronipari - syntyy kovalenttinen sidos. Virittymättömässä typpiatomissa on kolme paritonta elektronia, joiden ansiosta typpi voi osallistua kolmen kovalenttisen sidoksen (NH 3) muodostumiseen. Hiiliatomi voi muodostaa 4 kovalenttista sidosta.
Elektronipilvien limittyminen on mahdollista vain, jos niillä on tietty keskinäinen orientaatio, kun taas limittyvä alue sijaitsee tietyssä suunnassa vuorovaikutuksessa olevien atomien suhteen. Toisin sanoen kovalenttinen sidos on suunnattu.
Kovalenttisten sidosten energia on välillä 150–400 kJ/mol.
Ionien välistä kemiallista sidosta, joka tapahtuu sähköstaattisen vetovoiman avulla, kutsutaan ionisidos . Ionisidosta voidaan pitää polaarisen kovalenttisen sidoksen rajana. Toisin kuin kovalenttinen sidos, ionisidos ei ole suuntautunut eikä kyllästyvä.
Tärkeä kemiallinen sidostyyppi on elektronien sitoutuminen metalliin. Metallit koostuvat positiivisista ioneista, joita pidetään kidehilan solmuissa, ja vapaista elektroneista. Kun muodostuu kidehila, viereisten atomien valenssiradat menevät päällekkäin ja elektronit liikkuvat vapaasti kiertoradalta toiselle. Nämä elektronit eivät enää kuulu tiettyyn metalliatomiin, ne ovat jättimäisillä kiertoradoilla, jotka ulottuvat koko kidehilan läpi. Kemiallista sidosta, joka syntyy metallihilan positiivisten ionien sitoutumisesta vapaiden elektronien toimesta, kutsutaan metallinen.
Aineiden molekyylien (atomien) välillä voi olla heikkoja sidoksia. Yksi tärkeimmistä - vetysidos , mikä voi olla molekyylien välinen ja molekyylin sisäinen. Vetysidos syntyy molekyylin vetyatomin (se on osittain positiivisesti varautunut) ja molekyylin voimakkaasti elektronegatiivisen elementin (fluori, happi jne.) välillä.
Vetysidoksen energia on paljon pienempi kuin kovalenttisen sidoksen energia, eikä se ylitä 10 kJ/mol. Tämä energia kuitenkin riittää luomaan molekyyliyhdistelmiä, jotka vaikeuttavat molekyylien erottamista toisistaan. Vetysidoksilla on tärkeä rooli biologisissa molekyyleissä (proteiinit ja nukleiinihapot) ja ne määrittävät suurelta osin veden ominaisuudet.
Van der Waalsin joukot katsotaan myös heikoiksi siteiksi. Ne johtuvat siitä, että mitkä tahansa kaksi neutraalia molekyyliä (atomia), jotka ovat hyvin lähellä, vetäytyvät heikosti puoleensa johtuen yhden molekyylin elektronien ja ytimien sähkömagneettisista vuorovaikutuksista toisen molekyylin elektronien ja ytimien kanssa.
♦ Lähtöaineiden ja saatujen aineiden lukumäärän ja koostumuksen mukaan kemialliset reaktiot ovat:
- Liitännät- kahdesta tai useammasta aineesta muodostuu yksi monimutkainen aine:
Fe + S = FeS
(kun rauta- ja rikkijauheita kuumennetaan, muodostuu rautasulfidia) - laajennuksia- yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu kaksi tai useampia aineita:
2H 2O \u003d 2H2 + O 2
(vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi, kun sähkövirta kulkee) - Korvaukset- yksinkertaisen aineen atomit korvaavat yhden monimutkaisen aineen alkuaineista:
Fe + CuCl 2 = Cu↓ + FeCl 2
(rauta syrjäyttää kuparin kupari(II)kloridiliuoksesta) - vaihto- 2 monimutkaista ainetta vaihtavat aineosia:
HCl + NaOH = NaCl + H2O
(neutralointireaktio - kloorivetyhappo reagoi natriumhydroksidin kanssa muodostaen natriumkloridia ja vettä)
♦ Energiaa (lämpöä) vapauttavia reaktioita kutsutaan eksoterminen. Näitä ovat palamisreaktiot, kuten rikki:
S + O 2 \u003d SO 2 + Q
Muodostuu rikkioksidi (IV), energian vapautuminen on merkitty + Q:lla
Energiaa vaativia eli energian absorptiota eteneviä reaktioita kutsutaan ns. endoterminen. Endoterminen reaktio on veden hajoaminen sähkövirran vaikutuksesta:
2H 2O \u003d 2H2 + O 2 - Q
♦ Reaktioita, joihin liittyy alkuaineiden hapetusasteiden muutos, eli elektronien siirtyminen, kutsutaan ns. redox:
Fe 0 + S 0 \u003d Fe + 2 S -2
Päinvastaiset ovat elektroninen staattinen reaktiot, joita usein kutsutaan yksinkertaisesti reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta hapetustilaa. Näitä ovat kaikki vaihtoreaktiot:
H + 1 Cl-1 + Na + 1 O-2 H + 1 = Na + 1 Cl-1 + H 2 + 1 O-2
(Muista, että kahdesta alkuaineesta koostuvien aineiden hapettumisaste on numeerisesti yhtä suuri kuin valenssi, merkki sijoitetaan ennen numeroa)
2. Kokemus. Suoritetaan reaktioita, jotka vahvistavat ehdotetun suolan, esimerkiksi kupari(II)sulfaatin, laadullisen koostumuksen
Suolan laadullinen koostumus osoitetaan reaktioilla, joihin liittyy saostumista tai kaasun kehittymistä, jolla on tyypillinen haju tai väri. Saostumista tapahtuu, kun saadaan liukenemattomia aineita (määritetty liukoisuustaulukosta). Kaasuja vapautuu, kun muodostuu heikkoja happoja (monet vaativat kuumennusta) tai ammoniumhydroksidia.
Kupari-ionin läsnäolo voidaan todistaa lisäämällä natriumhydroksidia, sininen kupari(II)hydroksidisakka saostuu:
CuSO 4 + 2NaOH \u003d Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4
Lisäksi kupari(II)hydroksidi voi hajota kuumennettaessa, muodostuu mustaa kupari(II)oksidia:
Cu(OH)2 \u003d CuO + H2O
Sulfaatti-ionin läsnäolo todistetaan valkoisen kiteisen, väkevään typpihappoon liukenemattoman sakan saostumisesta, kun lisätään liukoista bariumsuolaa:
CuSO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + CuCl 2
Johdanto
1. Yleinen käsite kemiallisesta reaktiosta
2. Kemiallisten reaktioiden luokittelu
Johtopäätös
Bibliografia
Johdanto
Mielenkiintoisin asia ympärillämme olevassa maailmassa on, että se muuttuu jatkuvasti.
konsepti « kemiallinen reaktio » - kemian toinen pääkäsite. Joka sekunti maailmassa tapahtuu lukematon määrä reaktioita, joiden seurauksena aine muuttuu toiseksi. Voimme havaita joitain reaktioita suoraan, esimerkiksi rautaesineiden ruostumista, veren hyytymistä ja autojen polttoaineen palamista.
Samanaikaisesti suurin osa reaktioista pysyy näkymättöminä, mutta ne määräävät ympäröivän maailman ominaisuudet.
Ymmärtääkseen paikkansa maailmassa ja oppiakseen hallitsemaan sitä, ihmisen on ymmärrettävä syvästi näiden reaktioiden luonne ja lait, joita he noudattavat. Modernin kemian tehtävänä on tutkia aineiden toimintoja monimutkaisissa kemiallisissa ja biologisissa järjestelmissä, analysoida aineen rakenteen ja sen toimintojen välistä suhdetta sekä syntetisoida aineita, joilla on tietyt toiminnot.
Joten ihmisen ympärillä tapahtuu paljon kemiallisia reaktioita, niitä tapahtuu jatkuvasti. Mitä on tehtävä, jotta et joutuisi hämmentymään kemiallisten reaktioiden monissa eri muodoissa? Opi luokittelemaan niitä ja tunnistamaan luokkien olennaiset piirteet.
Tämän työn tarkoitus: pohtia "kemiallisen reaktion" käsitettä ja systematisoida ja yleistää tietoa kemiallisten reaktioiden luokittelusta.
Työ koostuu johdannosta, kahdesta luvusta, johtopäätöksestä ja lähdeluettelosta. Työn kokonaismäärä on 14 sivua.
1. Yleinen käsite kemiallisesta reaktiosta
Kemiallinen reaktio on aineen muuttumista toiseksi. Tämä määritelmä vaatii kuitenkin merkittävän lisäyksen.
Joten esimerkiksi ydinreaktorissa tai kiihdyttimessä jotkin aineet muuttuvat myös toisiksi, mutta tällaisia muutoksia ei kutsuta kemiallisiksi. Mikä tässä on hätänä? Ydinreaktiot tapahtuvat ydinreaktorissa. Ne johtuvat siitä, että elementtien ytimet, kun ne törmäävät korkeaenergisiin hiukkasiin (ne voivat olla neutroneja, protoneja ja muiden alkuaineiden ytimiä), hajoavat fragmenteiksi, jotka ovat muiden elementtien ytimiä. On myös mahdollista yhdistää ytimet keskenään. Nämä uudet ytimet vastaanottavat sitten elektroneja ympäristöstä ja siten kahden tai useamman uuden aineen muodostuminen on valmis. Kaikki nämä aineet ovat joitain jaksollisen järjestelmän elementtejä. Toisin kuin ydinreaktioissa, kemiallisissa reaktioissa ytimet eivät vaikuta atomeja. Kaikki muutokset tapahtuvat vain ulkoisissa elektronikuorissa. Jotkut kemialliset sidokset katkeavat ja toiset muodostuvat.
Täten, kemialliset reaktiot Ilmiöiksi kutsutaan ilmiöitä, joissa jotkin tietyn koostumuksen ja ominaisuuksien omaavat aineet muuttuvat toisiksi aineiksi - joilla on erilainen koostumus ja muut ominaisuudet. Samaan aikaan atomiytimien koostumuksessa ei tapahdu muutoksia.
Korostetaan kemiallisten reaktioiden merkit ja olosuhteet (kuvat 1, 2).
Kuva 1 - Kemiallisten reaktioiden merkit
Kuva 2 - Kemiallisten reaktioiden suorittamisen olosuhteet
Tarkastellaan tyypillistä kemiallista reaktiota: maakaasun (metaanin) palaminen ilman hapessa (tämä reaktio voidaan havaita kotona, jolla on kaasuliesi) kuvassa 3.
Kuva 3 - Maakaasun (metaanin) palaminen ilmakehän hapessa
Metaani CH 4 ja happi O 2 reagoivat keskenään muodostaen hiilidioksidia CO 2 ja vettä H 2 O. Tässä tapauksessa metaanimolekyylin C- ja H-atomien ja O 2 -molekyylin happiatomien väliset sidokset ovat rikki. Niiden tilalle syntyy uusia sidoksia atomien C ja O, H ja O välille.
Kuva 3 osoittaa selvästi, että onnistuneen täytäntöönpanon vastaus yksi ota metaanimolekyyli kaksi happimolekyylejä. Kemiallista reaktiota ei kuitenkaan ole kovin kätevää kirjoittaa muistiin molekyylipiirroksilla, joten kemiallisten reaktioiden kirjoittamiseen käytetään lyhennettyjä aineiden kaavoja - tällaista tietuetta kutsutaan ns. kemiallinen reaktioyhtälö.
Kuva 4 - Reaktioyhtälö
Kuvassa 3 esitetyn kemiallisen reaktion yhtälö on seuraava
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
Eri alkuaineiden atomien lukumäärä yhtälön vasemmalla ja oikealla puolella on sama. Vasemmalla puolella yksi hiiliatomi metaanimolekyylissä (CH 4) ja oikealla - sama löydämme hiiliatomin CO 2 -molekyylin koostumuksesta. kaikki neljä löydämme varmasti vetyatomeja yhtälön vasemmalta puolelta ja oikealta - vesimolekyylien koostumuksesta.
Kemiallisessa reaktioyhtälössä identtisten atomien lukumäärän tasaamiseksi yhtälön eri osissa, kertoimet, jotka tallennetaan ennen aineiden kaavat.
Harkitse toista reaktiota - kalsiumoksidin CaO (poltettu kalkki) muuttumista kalsiumhydroksidiksi Ca(OH) 2 (sammutettu kalkki) veden vaikutuksesta (kuva 5).
Kuva 5 - Kalsiumoksidi CaO kiinnittää vesimolekyylin H 2 O
jolloin muodostuu kalsiumhydroksidia Ca (OH) 2
Toisin kuin matemaattisissa yhtälöissä, kemiallisten reaktioiden yhtälöissä vasenta ja oikeaa puolta ei voida vaihtaa keskenään. Kemiallisen reaktioyhtälön vasemmalla puolella olevia aineita kutsutaan reagenssit, ja oikealla reaktiotuotteet .
Jos vaihdamme kuvan 5 yhtälön vasen ja oikea osa, saamme yhtälön Täysin erilainen kemiallinen reaktio
Ca (OH) 2 \u003d CaO + H 2 O
Jos CaO:n ja H 2 O:n välinen reaktio (kuva 4) alkaa spontaanisti ja etenee suuren lämpömäärän vapautuessa, niin viimeinen reaktio, jossa Ca(OH) 2 toimii reagenssina, vaatii voimakasta kuumennusta. Lisäämme myös, että lähtöaineet ja tuotteet eivät välttämättä ole molekyylejä, vaan myös atomeja - jos jokin alkuaine tai alkuaineet puhtaassa muodossa osallistuvat reaktioon esim.
H 2 + CuO \u003d Cu + H 2 O
Siten olemme päässeet kemiallisten reaktioiden luokitteluun, jota tarkastelemme seuraavassa luvussa.
2. Kemiallisten reaktioiden luokitus
Kemiaa opiskellessa tulee kohdata kemiallisten reaktioiden luokitukset eri kriteerien mukaan (taulukko 1).
Taulukko 1 - Kemiallisten reaktioiden luokitus
| Tekijä: lämpövaikutus | eksoterminen- virtaa energian vapautuessa 4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5 + Q; CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q |
| Endoterminen- jatka energian Cu(OH) 2 CuO + H 2 O - Q absorptiota; C8H18C8H16 + H2-Q | |
| Tekijä: alkuperäisen numero ja koostumus sekä muodostuneet aineet | Hajoamisreaktiot- yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu useita yksinkertaisempia: CaCO 3 CaO + CO 2 C 2 H 5 OH → C 2 H 4 + H 2 O |
| Yhteysreaktiot- yksi monimutkainen aine muodostuu useista yksinkertaisista tai monimutkaisista aineista: 2H 2 + O 2 → 2H 2 OC 2 H 4 + H 2 → C 2 H 6 | |
| Korvausreaktiot- yksinkertaisen aineen atomit korvaavat yhden monimutkaisen aineen alkuaineen atomit: Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2 CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl | |
| Vaihda reaktioita- kaksi monimutkaista ainetta vaihtavat aineosia: AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O | |
| Tekijä: reagoivien aineiden aggregaatiotila | Heterogeeninen- lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat eri aggregaatiotilassa: Fe (t) + CuCl 2 (liuos) → Cu (t) + FeCl 2 (liuos) 2Na (t) + 2C 2 H 5 OH (l) → 2C 2 H 5 ONa (liuos) + H 2 (g) |
| homogeeninen- lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat samassa aggregaatiotilassa: 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) | |
| Tekijä: katalyytin läsnäolo | katalyyttinen 2H 2O 2 2H 2O + O 2 C 2 H 4 + H 2 C 2 H 4 |
| Ei katalyyttinen S + O 2 SO 2 C 2 H 2 + 2Cl 2 → C 2 H 2 Cl 4 | |
| Tekijä: suunta | peruuttamaton- virtaa näissä olosuhteissa vain yhteen suuntaan: H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 + 2HCl CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O |
| käännettävä- virtaa näissä olosuhteissa samanaikaisesti kahteen vastakkaiseen suuntaan: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3; C 2 H 4 + H 2 ↔ C 2 H 6 | |
| Tekijä: alkuaineiden atomien hapetusasteen muutos | Redox- reaktiot, jotka tapahtuvat hapetusasteen muuttuessa: 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 - 2H3+10-2H+1 |
| Ei-hapettava-pelkistävä- reaktiot, jotka tapahtuvat hapetusastetta muuttamatta: 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 |
Kuten näet, kemiallisten reaktioiden luokitteluun on useita tapoja, joista tarkastelemme seuraavaa yksityiskohtaisemmin.
Useita kemiallisia reaktioita, joiden lukumäärää ei voida laskea, ei voida kattaa yhdellä yleisellä luokittelulla, joten ne jaetaan tiettyjen yhteisten piirteiden mukaan. Minkä tahansa näistä merkeistä reaktiot voidaan katsoa sekä epäorgaanisten että orgaanisten aineiden välillä.
Ensinnäkin on reaktioita muuttamatta aineen koostumusta ja reaktiot koostumuksen muutoksella.
Reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta aineiden koostumusta:
AlCl3,t
CH3-CH2-CH2-CH3 > CH3-CH-CH3
Reaktiot, jotka tapahtuvat aineiden koostumuksen muuttuessa:
6 CO2 + 6 H2O = C6H12O6 + 6 O2
Orgaanisessa kemiassa tämäntyyppiset reaktiot sisältävät isomerointireaktiot. Siten alkaanien isomerointi suoritetaan korkean oktaaniluvun bensiinin saamiseksi.
Epäorgaanisten reagenssien välillä tapahtuvissa kemiallisissa prosesseissa käytetään useimmiten seuraavia luokituksia:
1. Lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden lukumäärä ja koostumus.
2. Reagenssien ja reaktiotuotteiden yhteenlaskettu tila.
3. Niiden vaiheiden lukumäärä, joissa reaktion osallistujat ovat.
4. Siirrettyjen hiukkasten luonne.
5. Mahdollisuus, että reaktio etenee eteen- ja taaksepäin.
6. Lämpövaikutuksen merkki
Usein erilaisia luokittelumenetelmiä yhdistetään keskenään (kuva 1).
Kuva 1 - Kemiallisten reaktioiden luokituksen merkki
Tarkastellaan yksityiskohtaisemmin jokaista kemiallisten reaktioiden tyyppiä.
1. Luokittelu reagenssien ja lopullisten aineiden lukumäärän ja koostumuksen mukaan (taulukko 1).
Taulukko 1 - Kemiallisten reaktioiden tyypit ja niiden mekanismit
1. Yhteyden reaktiot. D.I. Mendelejev määritteli yhdisteen reaktioksi, "jossa tapahtuu toinen kahdesta aineesta. Joten yhdisteen reaktioissa useista suhteellisen yksinkertaisen koostumuksen omaavista reagoivista aineista saadaan yksi monimutkaisemman koostumuksen aine
Yhdistelmäreaktiot sisältävät yksinkertaisten aineiden (rikki, fosfori, hiili) palamisprosessit ilmassa. Esimerkiksi hiili palaa ilmassa C + O 2 \u003d CO 2 (tietenkin tämä reaktio etenee vähitellen, ensin muodostuu hiilimonoksidia CO). Yleensä näihin reaktioihin liittyy lämmön vapautumista, ts. johtavat vakaampien ja vähemmän energiaa sisältävien yhdisteiden muodostumiseen - ovat eksotermisiä.
Yksinkertaisten aineiden yhdistelmän reaktiot ovat aina luonteeltaan redox-reaktioita. Monimutkaisten aineiden välillä tapahtuvat kytkentäreaktiot voivat tapahtua molemmat ilman valenssin muutosta
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3) 2
ja luokitellaan redoksiksi
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.
2. Hajoamisreaktiot. Mendelejevin mukaan kemialliset hajoamisreaktiot käsittävät yhdisteelle käänteiset tapaukset, toisin sanoen ne, joissa yksi aine antaa kaksi tai yleensä tietty määrä aineita on suurempi määrä niitä.
Hajoamisreaktiot johtavat useiden yhdisteiden muodostumiseen yhdestä monimutkaisesta aineesta
A = B + C + D
Monimutkaisen aineen hajoamistuotteet voivat olla sekä yksinkertaisia että monimutkaisia aineita. Esimerkki hajoamisreaktiosta on liidun (tai kalkkikiven) hajoamisen kemiallinen reaktio lämpötilan vaikutuksesta: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2. Hajoamisreaktio vaatii yleensä kuumennusta. Tällaiset prosessit ovat endotermisiä, so. virtaa lämmön imeytymisen kanssa. Hajoamisreaktioista, jotka tapahtuvat muuttamatta valenssitiloja, on huomioitava kiteisten hydraattien, emästen, happojen ja happea sisältävien happojen suolojen hajoaminen
CuSO4 5H2O = CuSO4 + 5H2O,
Cu(OH)2 = CuO + H2O,
H2SiO3 = SiO2 + H2O.
Redox-luonteisiin hajoamisreaktioihin kuuluu korkeammissa hapetusasteissa olevien alkuaineiden muodostamien oksidien, happojen ja suolojen hajoaminen
2SO3 = 2SO2 + O2,
4HNO3 = 2H2O + 4NO2O + O2O,
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2,
(NH4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O.
Erityisen tyypillisiä ovat typpihapon suolojen hajoamisreaktiot.
Orgaanisen kemian hajoamisreaktioilla, toisin kuin epäorgaanisen kemian hajoamisreaktioilla, on omat erityispiirteensä. Niitä voidaan pitää käänteisinä lisäysprosesseina, koska seurauksena on useimmiten useiden sidosten tai syklien muodostuminen.
Orgaanisen kemian hajoamisreaktioita kutsutaan halkeilua
С18H38 = С9H18 + С9H20
tai dehydraus C4H10 = C4H6 + 2H2.
Kahden muun tyypin reaktioissa reagoivien aineiden lukumäärä on yhtä suuri kuin tuotteiden lukumäärä.
3. Korvausreaktiot. Niiden erottuva piirre on yksinkertaisen aineen vuorovaikutus monimutkaisen aineen kanssa. Tällaisia reaktioita esiintyy orgaanisessa kemiassa. Kuitenkin "substituution" käsite orgaanisissa aineissa on laajempi kuin epäorgaanisessa kemiassa. Jos jokin atomi tai funktionaalinen ryhmä alkuperäisen aineen molekyylissä korvataan toisella atomilla tai ryhmällä, nämä ovat myös substituutioreaktioita, vaikka epäorgaanisen kemian näkökulmasta prosessi näyttää vaihtoreaktiolta.
Substituutioreaktioissa yksinkertainen aine on yleensä vuorovaikutuksessa monimutkaisen aineen kanssa muodostaen toisen yksinkertaisen aineen ja toisen monimutkaisen aineen. A + BC = AB + C
Esimerkiksi upottamalla teräsnaula kuparisulfaattiliuokseen, saamme rautasulfaattia (raudan syrjäytynyt kupari suolastaan) Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu.
Nämä reaktiot ovat pääasiassa redox-reaktioita.
2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3,
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2,
2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2,
2KS103 + 12 = 2K103 + Cl2.
Esimerkkejä substituutioreaktioista, joihin ei liity atomien valenssitilojen muutosta, on erittäin vähän.
On huomattava piidioksidin reaktio happea sisältävien happojen suolojen kanssa, jotka vastaavat kaasumaisia tai haihtuvia anhydridejä
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2,
Ca3(PO4)2 + 3SiO2 = 3CaSiO3 + P2O5.
Joskus näitä reaktioita pidetään vaihtoreaktioina.
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl.
4. Vaihtoreaktiot (mukaan lukien neutralointi). Vaihtoreaktiot ovat reaktioita kahden yhdisteen välillä, jotka vaihtavat aineosaan keskenään.
AB + CD = AD + CB
Suuri osa niistä esiintyy vesiliuoksissa. Esimerkki kemiallisesta vaihtoreaktiosta on hapon neutralointi alkalilla.
NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O.
Tässä reagensseissa (vasemmalla olevat aineet) HCl-yhdisteen vetyioni vaihdetaan NaOH-yhdisteestä peräisin olevaan natriumioniin, mikä johtaa tavallisen suolan liuokseen vedessä.
Jos redox-prosesseja tapahtuu substituutioreaktioiden aikana, vaihtoreaktiot tapahtuvat aina muuttamatta atomien valenssitilaa. Tämä on yleisin reaktioryhmä monimutkaisten aineiden - oksidien, emästen, happojen ja suolojen - välillä.
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O,
AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3,
CrCl3 + ZNaOH = Cr(OH)3 + ZNaCl.
Näiden vaihtoreaktioiden erikoistapaus - neutralointireaktiot
HCl + KOH = KCl + H2O.
Yleensä nämä reaktiot noudattavat kemiallisen tasapainon lakeja ja etenevät suuntaan, jossa ainakin yksi aineista poistuu reaktiopallosta kaasumaisen, haihtuvan aineen, sakan tai vähän dissosioituvan (liuoksille) yhdisteen muodossa.
NaHCO3 + Hcl \u003d NaCl + H2O + CO2 ^,
Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO3v + 2H2O,
CH3COONa + H3PO4 = CH3COOH + NaH2PO4.
Monet reaktiot eivät kuitenkaan sovi yllä olevaan yksinkertaiseen kaavioon. Esimerkiksi kemiallista reaktiota kaliumpermanganaatin (kaliumpermanganaatin) ja natriumjodidin välillä ei voida katsoa johtuvan näistä tyypeistä. Tällaisia reaktioita kutsutaan tavallisesti esimerkiksi redox-reaktioksi
2KMnO4 + 10 NaI+ 8H2SO4=2MnS04+K2SO4+5Na2SO4+5I2+8H2O.
Epäorgaanisen kemian redox-reaktiot sisältävät kaikki substituutioreaktiot sekä ne hajoamis- ja yhdistereaktiot, joissa on mukana vähintään yksi yksinkertainen aine. Yleistetymmässä versiossa (jossa otetaan huomioon orgaaninen kemia) kaikki reaktiot, joissa on mukana yksinkertaisia aineita. Ja päinvastoin, reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden muodostavien alkuaineiden hapetusastetta, sisältävät kaikki vaihtoreaktiot.
2. Reaktioiden luokittelu faasiominaisuuksien mukaan
Reagoivien aineiden aggregaatiotilasta riippuen erotetaan seuraavat reaktiot:
1. Kaasureaktiot:
2. Reaktiot liuoksissa:
NaOH (p-p) + Hcl (p-p) = NaCl (p-p) + H2O (l).
3. Kiinteiden aineiden väliset reaktiot:
CaO (tv) + SiO2 (tv) \u003d CaSiO3 (tv).
