Класифікація хімічних реакцій

Хімічні реакції, або хімічні явища, – це процеси, в результаті яких з одних речовин утворюються інші, відмінні від них за складом і (або) будовою.

При хімічних реакціях обов’язково відбувається зміна речовин, при якому рвуться старі і утворюються нові зв’язки між атомами.

Хімічні реакції слід відрізняти від ядерних реакцій. В результаті хімічних реакцій загальне число атомів кожного хімічного елемента і його ізотопний склад не змінюються. Інша річ ядерні реакції – процеси перетворення атомних ядер в результаті їх взаємодії з іншими ядрами або елементарними частинками, наприклад перетворення алюмінію в магній:

2713Аl + 11Н = 2412Мg + 42Не

Класифікація хімічних реакцій багатопланова, тобто в її основу можуть бути покладені різні ознаки. Але під будь-який з таких ознак можуть бути віднесені реакції як між неорганічними, так і між органічними речовинами.

Розглянемо класифікацію хімічних реакцій за різними ознаками.

I. За кількістю і складом реагуючих речовин

Реакції, що відбуваються без зміни складу речовин

У неорганічної хімії до таких реакцій можна віднести процеси .полученія аллотропних модифікацій одного хімічного елемента, наприклад:

С (графіт) <-> С (алмаз)

S (ромбічна) <-> S (моноклінна)
Р (білий) <-> Р (червоний)

Sn (біле олово) <-> Sn (сіре олово)
3O2 (кисень) <-> 2O3 (озон)

У органічної хімії до цього типу реакцій можуть бути віднесені реакції ізомеризації, які йдуть без зміни не тільки якісного, але й кількісного складу молекул речовин, наприклад:

1. Ізомеризація алканів.
Реакція ізомеризації алканів має велике практичне значення, так як вуглеводні изостроения мають нижчу здатність до детонації.

2. Ізомеризація алкенів.

3. Ізомеризація алкинов (реакція А. Е. Фаворського).
CH3-CH2-С = СН <-> СН3-С = С-СН3
етілацетілен діметнлацетілен

4. Ізомеризація галогеналканов (А. Е. Фаворський, 1907 р).
Класифікація хімічних реакцій

Вперше сечовина була синтезована Ф. Велером в 1828 р изомеризацией цианата амонію при нагріванні.

Реакції, що відбуваються зі зміною складу речовини

Можна виділити чотири типи таких реакцій: сполучення, розкладу, заміщення та обміну.

1. Реакції з’єднання – це такі реакції, при яких з двох і більше речовин утворюється одна складна речовина.

У неорганічної хімії все різноманіття реакцій сполуки можна розглянути, наприклад, на прикладі реакцій отримання сірчаної кислоти з сірки:

1. Одержання оксиду сірки (1У):

S + 02 = S02 – з двох простих речовин утворюється одне складне.

2. Одержання оксиду сірки (VI):

S02 + 02 -> 2SO3 – з простого і складного речовин утворюється одне складне.

3. Отримання сірчаної кислоти:

S03 + Н20 = Н2S04 – з двох складних речовин утворюється одне складне. Прикладом реакції з’єднання, при якій одне складне речовина утворюється з більш ніж двох вихідних, може служити заключна стадія отримання азотної кислоти:

4NО2 + 02 + 2Н20 = 4НNO3
У органічної хімії реакції з’єднання прийнято називати «реакціями приєднання». Все різноманіття таких реакцій можна розглянути на прикладі блоку реакцій, що характеризують властивості ненасичених речовин, наприклад етилену:

1. Реакція гідрування – приєднання водню:

CH2 = CH2 + Н2> Н3-СН3
етен етан

2. Реакція гідратації – приєднання води.

3. Реакція полімеризації.

2. Реакції розкладання – це такі реакції, при яких з одного складного речовини утворюється кілька нових речовин.

У неорганічної хімії все різноманіття таких реакцій можна розглянути на блоці реакцій отримання кисню лабораторними методами:

1. Розпад оксиду ртуті (II) – з одного складного речовини утворюються два простих.
2. Розкладання нітрату калію – з одного складного речовини утворюються одне просте і одне складне.
3. Розкладання перманганату калію – з одного складного речовини утворюються два складних і одне просте, тобто три нових речовини.
У органічної хімії реакції розкладання можна розглянути на блоці реакцій отримання етилену в лабораторії і в промисловості:

1. Реакція дегідратації (відщеплення води) етанолу:

С2H5OH-> CH2 = CH2 + H2O

2. Реакція дегідрірованія (відщеплення водню) етану:

CH3-CH3-> CH2 = CH2 + H2

або СН3-СН3 -> 2С + ЗН2

3. Реакція крекінгу (розщеплення) пропану:

CH3-СН2-СН3 -> СН2 = СН2 + СН4

3. Реакції заміщення – це такі реакції, в результаті яких атоми простої речовини заміщають атоми якого-небудь елементу в складній речовині.

У неорганічної хімії прикладом таких процесів може служити блок реакцій, що характеризують властивості, наприклад, металів:

1. Взаємодія лужних або лужноземельних металів з водою:

2Na + 2Н20 = 2NаОН + Н2

2. Взаємодія металів з кислотами в розчині:

Zn + 2НСl = ZnСl2 + Н2

3. Взаємодія металів з солями в розчині:

Fе + СuS04 = FеS04 + Сu

4. Металлотермія:

2Аl + Сг203 -> Аl203 + 2Сг

Предметом вивчення органічної хімії є не прості речовини, а тільки з’єднання. Тому як приклад реакції заміщення наведемо найбільш характерна властивість граничних з’єднань, зокрема метану, – здатність його атомів водню заміщатися на атоми галогену. Інший приклад – бромування ароматичного сполуки (бензолу, толуолу, аніліну).

FеВг3
С6Н6 + Вг2 -> С6Н5Вг + НВг
бензол бромбензол

Звернемо увагу на особливість реакції заміщення у органічних речовин: в результаті таких реакцій утворюються не просте і складне речовина, як в неорганічної хімії, а два складних речовини.

У органічної хімії до реакцій заміщення відносять і деякі реакції між двома складними речовинами, наприклад нітрація бензолу. Вона формально є реакцією обміну. Те, що це реакція заміщення, стає зрозумілим тільки при розгляді її механізму.

4. Реакції обміну – це такі реакції, при яких два складних речовини обмінюються своїми складовими частинами.

Ці реакції характеризують властивості електролітів і в розчинах протікають по правилу Бертолле, тобто тільки в тому випадку, якщо в результаті утворюється осад, газ або малодиссоциирующие речовина (наприклад, Н20).

У неорганічної хімії це може бути блок реакцій, що характеризують, наприклад, властивості лугів:

1. Реакція нейтралізації, що йде з утворенням солі і води.

2. Реакція між лугом і сіллю, що йде з утворенням газу.

3. Реакція між лугом і сіллю, що йде з утворенням осаду:

СіS04 + 2КОН = Сu (ОН) 2 + К2SO4

або в іонному вигляді:
Сu2 + + 20Н = Сu (ОН) 2

У органічної хімії можна розглянути блок реакцій, що характеризують, наприклад, властивості оцтової кислоти:

1. Реакція, що йде з утворенням слабкого електроліту – Н20:

СН3СООН + NаОН <-> Nа (СН3СОО) + Н20

2. Реакція, що йде з утворенням газу: 2СН3СООН + Сас03 -> 2СН3СОО + Са2 + + С02 + Н20

3. Реакція, що йде з утворенням осаду:

2СН3СООН + К2SO3 -> 2К (СН3СОО) + Н2SO3

або
2СН3СООН + SiO -> 2СН3СОО + Н2SiO3

II. За зміною ступенів окислення хімічних елементів, що утворюють речовини

За цією ознакою розрізняють такі реакції:

1. Реакції, що відбуваються зі зміною ступенів окислення елементів, або окислювально-відновні реакції.

До них відноситься безліч реакцій, в тому числі всі реакції заміщення, а також ті реакції з’єднання і розкладання, в яких бере участь хоча б одне просте речовина, наприклад:
Класифікація хімічних реакцій

У органічної хімії яскравим прикладом окислювально-відновних реакцій можуть служити властивості альдегідів.

1. Вони відновлюються до відповідних спирти:
Класифікація хімічних реакцій

2. Реакції, що відбуваються без зміни ступенів окислення хімічних елементів. До них, наприклад, відносяться всі реакції іонного обміну, а також багато реакцій сполуки, багато реакції розкладання, реакції етерифікації:

НСООН + CHgOH НСООСН3 + H2O

III. За тепловим ефектом

За тепловим ефектом реакції ділять на екзотермічні і ендотермічні.

1. Екзотермічні реакції протікають з виділенням енергії.
До них відносяться майже всі реакції з’єднання. Рідкісний виняток становлять ендотермічні реакції синтезу оксиду азоту (І) з азоту і кисню і реакція газоподібного водню з твердим йодом.

Екзотермічні реакції, які протікають з виділенням світла, відносять до реакцій горіння. Гідрування етилену – приклад екзотермічної реакції. Вона йде при кімнатній температурі.

2. Ендотермічна реакції протікають з поглинанням енергії.

Очевидно, що до них будуть ставитися майже всі реакції розкладання, наприклад:

1. Випал вапняку
2. Крекінг бутану

Кількість виділеної або поглиненої в результаті реакції енергії називають тепловим ефектом реакції, а рівняння хімічної реакції із зазначенням цього ефекту називають термохимическим рівнянням

Н2 (г) + С12 (г) = 2НС1 (г) + 92,3 кДж

N2 (г) + 02 (г) = 2NO (г) – 90,4 кДж

IV. По агрегатному стані реагентів (фазовим складом)

По агрегатному стані реагентів розрізняють:

1. Гетерогенні реакції – реакції, в яких реагуючі речовини і продукти реакції знаходяться в різних агрегатних станах (в різних фазах).

2. Гомогенні реакції – реакції, в яких реагуючі речовини і продукти реакції перебувають в одному агрегатному стані (в одній фазі).

V. За участі каталізатора

За участі каталізатора розрізняють:

1. некаталітичні реакції, що йдуть без участі каталізатора.

2. Каталітичні реакції, що йдуть за участю каталізатора.

Так як всі біохімічні реакції, що протікають в клітинах живих організмів, йдуть за участю особливих біологічних каталізаторів білкової природи – ферментів, всі вони відносяться до каталітичних або, точніше, ферментативним.

Слід зазначити, що понад 70% хімічних виробництв використовують каталізатори.

VI. У напрямку

У напрямку розрізняють:

1. Необоротні реакції протікають в даних умовах тільки в одному напрямку.

До них можна віднести всі реакції обміну, що супроводжуються утворенням осаду, газу або малодиссоциирующие речовини (води) і все реакції горіння.

2. Оборотні реакції в даних умовах протікають одночасно в двох протилежних напрямках.

Таких реакцій переважна більшість.

У органічної хімії ознака оборотності відображають назви – антоніми процесів:

• гідрування – дегидрирование,
• гідратація – дегідратація,
• полімеризація – деполимеризация.

Оборотні все реакції етерифікації (протилежний процес, як ви знаєте, носить назву гідролізу) і гідролізу білків, складних ефірів, вуглеводів, полинуклеотидов. Оборотність цих процесів лежить в основі найважливішого властивості живого організму – обміну речовин.

VII. За механізмом протікання розрізняють:

1. Радикальні реакції йдуть між утворюються в ході реакції радикалами і молекулами.

Як ви вже знаєте, при всіх реакціях відбувається розрив старих і утворення нових хімічних зв’язків. Спосіб розриву зв’язку в молекулах вихідної речовини визначає механізм (шлях) реакції. Якщо речовина утворена за рахунок ковалентного зв’язку, то можуть бути два способи розриву зв’язку з цим: гемолітичний і гетеролі-тичний. Наприклад, для молекул Сl2, СН4 і т. Д. Реалізується гемолітичний розрив зв’язків, він призведе до утворення частинок з неспареними електронами, тобто вільних радикалів.
Радикали найчастіше утворюються, коли розриваються зв’язку, при яких загальні електронні пари розподілені між атомами приблизно однаково (неполярная ковалентний зв’язок), проте багато полярні зв’язку також можуть розриватися подібним же чином, зокрема тоді, коли реакція проходить в газовій фазі і під дією світла , як, наприклад, в разі розглянутих вище процесів – взаємодії С12 і СН4- Радикали дуже ре-акціонноспособни, так як прагнуть завершити свою електронну шар, забравши електрон в іншого атома або молекули. Наприклад, коли радикал хлору стикається з молекулою водню, то він викликає розрив загальної електронної пари, що зв’язує атоми водню, і утворює ковалентний зв’язок з одним з атомів водню. Другий атом водню, ставши радикалом, утворює загальну електронну пару з неспареним електроном атома хлору з руйнується молекули Сl2, в результаті чого виникає радикал хлору, який атакує нову молекулу водню і т. Д. Реакції, що представляють собою ланцюг послідовних перетворень, називають ланцюговими реакціями. За розробку теорії ланцюгових реакцій два видатних хіміка – наш співвітчизник Н. Н. Семенов і англієць С. А. Хиншелвуд були удостоєні Нобелівської премії.

Аналогічно проходить його реакція заміщення між хлором і метаном:
Класифікація хімічних реакцій
За радикальним механізмом протікають більшість реакцій горіння органічних і неорганічних речовин, синтез води, аміаку, полімеризація етилену, вінілхлориду та ін.
2. Йонні реакції йдуть між уже наявними або утворюються в ході реакції іонами.

Типові іонні реакції – це взаємодія між електролітами в розчині. Іони утворюються не тільки при дисоціації електролітів в розчинах, а й під дією електричних розрядів, нагрівання або випромінювань. Ŷ-Промені, наприклад, перетворюють молекули води і метану в молекулярні іони.

Інакше іонному механізму відбуваються реакції приєднання до алкенів галогеноводородов, водню, галогенів, окислення і дегідратація спиртів, заміщення спиртового гідроксилу на галоген; реакції, що характеризують властивості альдегідів і кислот. Іони в цьому випадку утворюються при гетеролітичному розриві ковалентних полярних зв’язків.

VIII. По виду енергії, яка ініціює реакцію, розрізняють:

1. Фотохімічні реакції. Їх ініціює світлова енергія. Крім розглянутих вище фотохімічних процесів синтезу НСl або реакції метану з хлором, до них можна віднести отримання озону в тропосфері як вторинної забруднювача атмосфери. У ролі первинного в цьому випадку виступає оксид азоту (IV), який під дією світла утворює радикали кисню. Ці радикали взаємодіють з молекулами кисню, в результаті чого виходить озон.

Утворення озону йде весь час, поки достатньо світла, так як N0 може взаємодіяти з молекулами кисню з утворенням того ж Ж) 2. Накопичення озону та інших вторинних забруднювачів атмосфери може привести до появи фотохімічного смогу.

До цього виду реакцій належить і найважливіший процес, що протікає в рослинних клітинах, – фотосинтез, назва якого говорить сама за себе.

2. Радіаційні реакції. Вони ініціюються випромінюваннями великої енергії – рентгенівськими променями, ядерними випромінюваннями (Ý-променями, а-частинками – Не2 + і ін.). За допомогою радіаційних реакцій проводять дуже швидку радіополімерізацію, радіоліз (радіаційне розкладання) і т. Д.

Наприклад, замість двухстадийного отримання фенолу з бензолу його можна отримувати взаємодією бензолу з водою під дією радіаційних випромінювань. При цьому з молекул води утворюються радикали [· OН] і [· H ·], з якими і реагує бензол з утворенням фенолу:

С6Н6 + 2 [ОН] -> С6Н5ОН + Н20

Вулканізація каучуку може бути проведена без сірки з використанням радіовулканізаціі, і отримана гума буде нітрохи не гірше традиційної.

3. Електрохімічні реакції. Їх ініціює електричний струм. Крім добре відомих вам реакцій електролізу вкажемо також реакції електросинтезу, наприклад, реакції промислового отримання неорганічних окисників.

4. Термохимические реакції. Їх ініціює теплова енергія. До них відносяться всі ендотермічні реакції і безліч екзотермічніреакцій, для початку яких необхідна початкова подача теплоти, тобто ініціювання процесу.

Розглянута вище класифікація хімічних реакцій відображена на схемі 3.

Класифікація хімічних реакцій, як і всі інші класифікації, умовна. Вчені домовилися розділити реакції на певні типи по виділеним ними ознаками. Але більшість хімічних перетворень можна віднести до різних типів. Наприклад, складемо характеристику процесу синтезу аміаку.

Це реакція сполуки, окислювально-відновлювальна, екзотермічна, оборотна, каталітична, гетерогенна (точніше, гетерогенно-каталітична), що протікає зі зменшенням тиску в системі. Для успішного управління процесом необхідно враховувати всі наведені відомості. Конкретна хімічна реакція завжди многокачественной, її характеризують різні ознаки.
Класифікація хімічних реакцій
1. Дайте характеристику реакції синтезу оксиду сірки (1У) за всіма можливими ознаками класифікацій хімічних реакцій.

2. У чому виявляються особливості реакцій заміщення у органічних речовин?

3. Наведіть по три приклади, що ілюструють правило Бертолле (освіта газу, осаду або води Н20 при незворотних реакціях обміну) для одного і того ж речовини: а) неорганічного, б) органічного.

4. Ілюструйте положення про єдність і боротьбу протилежностей, використовуючи відомості про теплових ефекти реакцій з’єднання і розкладання.

5. Розгляньте положення про єдність і боротьбу протилежностей на прикладах реакцій-антонімів з органічної хімії.

6. Дайте характеристику реакції метану з хлором з усіх розглянутих в тексті параграфа ознаками класифікації.

7. Розрахуйте тепловий ефект реакції окислення 70 кг азоту в оксид азоту (II).

8. Наведіть відомі вам з курсу біології ферментативні реакції з зазначенням назв ферментів.

����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������°����¯�¿�½������³����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������·����¯�¿�½������º����¯�¿�½������°...
ПОДІЛИТИСЯ: