Hemijska svojstva tvari otkrivaju se u raznim kemijskim reakcijama.

Transformacije supstanci, praćene promjenom njihovog sastava i (ili) strukture, nazivaju se hemijske reakcije. Često se nalazi sljedeća definicija: hemijska reakcija Proces transformacije početnih supstanci (reagensa) u finalne supstance (proizvode) naziva se.

Hemijske reakcije se pišu pomoću hemijskih jednadžbi i shema koje sadrže formule polaznih materijala i produkta reakcije. U hemijskim jednadžbama, za razliku od shema, broj atoma svakog elementa je isti na lijevoj i desnoj strani, što odražava zakon održanja mase.

Na lijevoj strani jednadžbe upisane su formule polaznih tvari (reagensa), na desnoj - tvari dobivene kao rezultat kemijske reakcije (produkti reakcije, krajnje tvari). Znak jednakosti koji povezuje lijevu i desnu stranu pokazuje da ukupan broj atoma tvari koje sudjeluju u reakciji ostaje konstantan. Ovo se postiže postavljanjem cjelobrojnih stehiometrijskih koeficijenata ispred formula, pokazujući kvantitativne omjere između reaktanata i produkta reakcije.

Hemijske jednadžbe mogu sadržavati dodatne informacije o karakteristikama reakcije. Ako se hemijska reakcija odvija pod uticajem spoljašnjih uticaja (temperatura, pritisak, zračenje, itd.), to je označeno odgovarajućim simbolom, obično iznad (ili "ispod") znaka jednakosti.

Ogroman broj hemijskih reakcija može se grupisati u nekoliko tipova reakcija, koje karakterišu dobro definisane karakteristike.

As karakteristike klasifikacije može se odabrati sljedeće:

1. Broj i sastav polaznih materijala i produkta reakcije.

2. Agregatno stanje reaktanata i produkta reakcije.

3. Broj faza u kojima se nalaze učesnici u reakciji.

4. Priroda prenesenih čestica.

5. Mogućnost da se reakcija odvija u smjeru naprijed i nazad.

6. Znak termičkog efekta razdvaja sve reakcije na: egzotermna reakcije koje se odvijaju s egzoefektom - oslobađanjem energije u obliku topline (Q> 0, ∆H<0):

C + O 2 \u003d CO 2 + Q

i endotermni reakcije koje se odvijaju s endo efektom - apsorpcijom energije u obliku topline (Q<0, ∆H >0):

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

Takve su reakcije termohemijska.

Razmotrimo detaljnije svaku od vrsta reakcija.

Klasifikacija prema broju i sastavu reagensa i konačnih supstanci

1. Reakcije povezivanja

U reakcijama jedinjenja iz više reagujućih supstanci relativno jednostavnog sastava dobija se jedna supstanca složenijeg sastava:

Ove reakcije su po pravilu praćene oslobađanjem toplote, tj. dovode do stvaranja stabilnijih i manje energetski bogatih spojeva.

Reakcije kombinacije jednostavnih supstanci su uvijek redoks prirode. Reakcije veze koje se javljaju između složenih supstanci mogu se dogoditi i bez promjene valencije:

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

i biti klasifikovan kao redoks:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

2. Reakcije razgradnje

Reakcije razgradnje dovode do stvaranja nekoliko spojeva iz jedne složene tvari:

A = B + C + D.

Produkti razgradnje složene tvari mogu biti i jednostavne i složene tvari.

Od reakcija raspadanja koje se odvijaju bez promjene valentnih stanja, treba istaknuti razgradnju kristalnih hidrata, baza, kiselina i soli kiselina koje sadrže kisik:

	t o
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.

Posebno su karakteristične redoks reakcije razgradnje za soli dušične kiseline.

Reakcije razgradnje u organskoj hemiji nazivaju se pucanjem:

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

ili dehidrogenacija

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

3. Reakcije supstitucije

U reakcijama supstitucije, obično jednostavna supstanca stupa u interakciju sa složenom, tvoreći drugu jednostavnu supstancu i još jednu složenu:

A + BC = AB + C.

Ove reakcije u velikoj većini pripadaju redoks reakcijama:

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

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

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

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

Izuzetno je malo primjera supstitucijskih reakcija koje nisu praćene promjenom valentnih stanja atoma. Treba napomenuti reakciju silicijum dioksida sa solima kiselina koje sadrže kiseonik, a koje odgovaraju gasovitim ili isparljivim anhidridima:

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

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

Ponekad se ove reakcije smatraju reakcijama razmjene:

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

4. Reakcije razmjene

Reakcije razmjene Reakcije između dva jedinjenja koja izmjenjuju svoje sastojke nazivaju se:

AB + CD = AD + CB.

Ako se redoks procesi dešavaju tokom reakcija supstitucije, onda se reakcije razmene uvek dešavaju bez promene valentnog stanja atoma. Ovo je najčešća grupa reakcija između složenih supstanci - oksida, baza, kiselina i soli:

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

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,

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

Poseban slučaj ovih reakcija razmjene je reakcije neutralizacije:

Hcl + KOH \u003d KCl + H 2 O.

Obično se ove reakcije pridržavaju zakona kemijske ravnoteže i odvijaju se u smjeru gdje se barem jedna od tvari uklanja iz reakcione sfere u obliku plinovite, isparljive tvari, taloga ili spoja niske disocijacije (za otopine):

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. Transfer reakcije.

U reakcijama prijenosa, atom ili grupa atoma prelazi iz jedne strukturne jedinice u drugu:

AB + BC \u003d A + B 2 C,

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

Na primjer:

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

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

Klasifikacija reakcija prema karakteristikama faza

U zavisnosti od stanja agregacije reagujućih supstanci, razlikuju se sledeće reakcije:

1. Gasne reakcije

H 2 + Cl 2		2HCl.

2. Reakcije u rastvorima

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

3. Reakcije između čvrstih materija

	t o
CaO (tv) + SiO 2 (tv)	=	CaSiO 3 (TV)

Klasifikacija reakcija prema broju faza.

Faza se shvata kao skup homogenih delova sistema sa istim fizičkim i hemijskim svojstvima i međusobno odvojenih interfejsom.

S ove tačke gledišta, čitav niz reakcija može se podijeliti u dvije klase:

1. Homogene (jednofazne) reakcije. To uključuje reakcije koje se dešavaju u gasnoj fazi i brojne reakcije koje se dešavaju u rastvorima.

2. Heterogene (višefazne) reakcije. To uključuje reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u različitim fazama. Na primjer:

gasno-tečno fazne reakcije

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

gasno-čvrsta faza

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

reakcije tečna-čvrsta faza

Na 2 SO 4 (rastvor) + BaCl 3 (otopina) = BaSO 4 (tv) ↓ + 2NaCl (p-p).

reakcije tečnost-gas-čvrsta faza

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

Klasifikacija reakcija prema vrsti nosivih čestica

1. Protolitičke reakcije.

To protolitičke reakcije uključuju kemijske procese čija je suština prijenos protona s jednog reaktanta na drugi.

Ova klasifikacija se temelji na protolitičkoj teoriji kiselina i baza, prema kojoj je kiselina svaka tvar koja daje proton, a baza je supstanca koja može prihvatiti proton, na primjer:

Protolitičke reakcije uključuju reakcije neutralizacije i hidrolize.

2. Redox reakcije.

To uključuje reakcije u kojima reaktanti razmjenjuju elektrone, dok mijenjaju oksidacijsko stanje atoma elemenata koji čine reaktante. Na primjer:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,

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

Velika većina hemijskih reakcija je redoks, one igraju izuzetno važnu ulogu.

3. Reakcije izmjene liganda.

To uključuje reakcije tokom kojih se elektronski par prenosi sa formiranjem kovalentne veze mehanizmom donor-akceptor. Na primjer:

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

Fe + 5CO = ,

Al(OH) 3 + NaOH = .

Karakteristična karakteristika reakcija izmjene liganda je da se formiranje novih spojeva, nazvanih kompleksnim, odvija bez promjene oksidacijskog stanja.

4. Reakcije atomsko-molekularne izmjene.

Ova vrsta reakcija uključuje mnoge supstitucijske reakcije proučavane u organskoj hemiji, koje se odvijaju prema radikalnom, elektrofilnom ili nukleofilnom mehanizmu.

Reverzibilne i ireverzibilne hemijske reakcije

Reverzibilni su takvi hemijski procesi čiji proizvodi mogu međusobno reagovati pod istim uslovima u kojima su dobijeni, pri čemu nastaju polazne supstance.

Za reverzibilne reakcije, jednadžba se obično piše na sljedeći način:

Dvije suprotno usmjerene strelice pokazuju da se pod istim uvjetima i naprijed i nazad reakcija odvijaju istovremeno, na primjer:

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

Nepovratni su takvi hemijski procesi čiji proizvodi ne mogu međusobno reagirati stvaranjem polaznih tvari. Primjeri ireverzibilnih reakcija su razgradnja Bertoletove soli pri zagrijavanju:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2,

ili oksidacija glukoze atmosferskim kiseonikom:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

Hemijske reakcije treba razlikovati od nuklearnih reakcija. Kao rezultat kemijskih reakcija, ukupan broj atoma svakog kemijskog elementa i njegov izotopski sastav se ne mijenjaju. Nuklearne reakcije su druga stvar - procesi transformacije atomskih jezgara kao rezultat njihove interakcije s drugim jezgrima ili elementarnim česticama, na primjer, transformacija aluminija u magnezij:

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

Klasifikacija hemijskih reakcija je višestruka, odnosno može se zasnivati ​​na različitim znakovima. Ali pod bilo kojim od ovih znakova mogu se pripisati reakcije i između neorganskih i između organskih tvari.

Razmotrite klasifikaciju kemijskih reakcija prema različitim kriterijima.

I. Prema broju i sastavu reaktanata

Reakcije koje se odvijaju bez promjene sastava tvari.

U neorganskoj hemiji takve reakcije uključuju procese dobijanja alotropskih modifikacija jednog hemijskog elementa, na primjer:

C (grafit) ↔ C (dijamant)
S (romb) ↔ S (monoklinički)
R (bijelo) ↔ R (crveno)
Sn (bijeli lim) ↔ Sn (sivi lim)
3O 2 (kiseonik) ↔ 2O 3 (ozon)

U organskoj hemiji ova vrsta reakcija može uključivati ​​reakcije izomerizacije koje se javljaju bez promjene ne samo kvalitativnog, već i kvantitativnog sastava molekula tvari, na primjer:

1. Izomerizacija alkana.

Reakcija izomerizacije alkana je od velike praktične važnosti, jer ugljovodonici izostrukture imaju manju sposobnost detonacije.

2. Izomerizacija alkena.

3. Izomerizacija alkina (reakcija A. E. Favorskog).

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

etilacetilen dimetilacetilen

4. Izomerizacija haloalkana (A. E. Favorsky, 1907).

5. Izomerizacija amonijum cijanita pri zagrevanju.

Po prvi put, ureu je sintetizirao F. Wehler 1828. godine izomerizacijom amonijum cijanata pri zagrijavanju.

Reakcije koje idu s promjenom sastava tvari

Postoje četiri tipa takvih reakcija: jedinjenja, dekompozicije, supstitucije i razmene.

1. Reakcije veze su takve reakcije u kojima se iz dvije ili više supstanci formira jedna složena tvar

U anorganskoj hemiji može se razmotriti čitav niz reakcija spojeva, na primjer, na primjeru reakcija za dobivanje sumporne kiseline iz sumpora:

1. Dobivanje sumpor oksida (IV):

S + O 2 \u003d SO - jedna složena tvar nastaje od dvije jednostavne tvari.

2. Dobivanje sumpor-oksida (VI):

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - jedna složena supstanca nastaje od jednostavne i složene supstance.

3. Dobijanje sumporne kiseline:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - jedan kompleks nastaje od dvije složene supstance.

Primjer složene reakcije u kojoj se jedna složena tvar formira iz više od dva početna materijala je završna faza u proizvodnji dušične kiseline:

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

U organskoj hemiji, reakcije spojeva se obično nazivaju "reakcije adicije". Cijela raznolikost takvih reakcija može se razmotriti na primjeru bloka reakcija koje karakteriziraju svojstva nezasićenih tvari, na primjer, etilena:

1. Reakcija hidrogenacije - dodavanje vodika:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3

eten → etan

2. Reakcija hidratacije - dodavanje vode.

3. Reakcija polimerizacije.

2. Reakcije razgradnje su takve reakcije u kojima iz jedne složene supstance nastaje više novih supstanci.

U anorganskoj hemiji čitav niz takvih reakcija može se razmotriti u bloku reakcija za dobivanje kisika laboratorijskim metodama:

1. Razlaganje živinog (II) oksida - od jedne složene supstance nastaju dva jednostavna.

2. Razlaganje kalijum nitrata - iz jedne složene supstance nastaju jedna prosta i jedna složena.

3. Razlaganje kalijum permanganata - iz jedne složene supstance nastaju dve složene i jedna prosta, odnosno tri nove supstance.

U organskoj hemiji, reakcije razgradnje mogu se smatrati blokom reakcija za proizvodnju etilena u laboratoriji i industriji:

1. Reakcija dehidracije (cijepanje vode) etanola:

C 2 H 5 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2. Reakcija dehidrogenacije (cijepanje vodika) etana:

CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2

ili CH 3 -CH 3 → 2C + ZH 2

3. Reakcija pucanja (cijepanje) propana:

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

3. Reakcije supstitucije su takve reakcije usljed kojih atomi jednostavne tvari zamjenjuju atome elementa u složenoj tvari.

U neorganskoj hemiji, primjer takvih procesa je blok reakcija koje karakteriziraju svojstva, na primjer, metala:

1. Interakcija alkalnih ili zemnoalkalnih metala sa vodom:

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

2. Interakcija metala sa kiselinama u rastvoru:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

3. Interakcija metala sa solima u rastvoru:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. Metaltermija:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr

Predmet proučavanja organske hemije nisu jednostavne supstance, već samo jedinjenja. Stoga, kao primjer reakcije supstitucije, navodimo najkarakterističnije svojstvo zasićenih spojeva, posebno metana, sposobnost njegovih atoma vodika da budu zamijenjeni atomima halogena. Drugi primjer je bromiranje aromatičnog jedinjenja (benzen, toluen, anilin).

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

benzen → bromobenzen

Obratimo pažnju na posebnost reakcije supstitucije u organskim tvarima: kao rezultat takvih reakcija ne nastaje jednostavna i složena tvar, kao u anorganskoj hemiji, već dvije složene tvari.

U organskoj hemiji, reakcije supstitucije uključuju i neke reakcije između dvije složene supstance, na primjer, nitraciju benzena. To je formalno reakcija razmjene. Činjenica da se radi o supstitucijskoj reakciji postaje jasna tek kada se razmotri njen mehanizam.

4. Reakcije razmjene su takve reakcije u kojima dvije složene supstance razmjenjuju svoje sastavne dijelove

Ove reakcije karakteriziraju svojstva elektrolita i odvijaju se u otopinama prema Bertholletovom pravilu, odnosno samo ako se kao rezultat formira precipitat, plin ili supstanca s malom disocijacijom (na primjer, H 2 O).

U neorganskoj hemiji, to može biti blok reakcija koje karakteriziraju, na primjer, svojstva alkalija:

1. Reakcija neutralizacije koja ide sa stvaranjem soli i vode.

2. Reakcija između lužine i soli, koja ide sa stvaranjem gasa.

3. Reakcija između lužine i soli koja se odvija sa stvaranjem taloga:

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

ili u jonskom obliku:

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

U organskoj hemiji može se razmotriti blok reakcija koje karakteriziraju, na primjer, svojstva octene kiseline:

1. Reakcija koja se odvija sa stvaranjem slabog elektrolita - H 2 O:

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

2. Reakcija koja se odvija sa stvaranjem gasa:

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

3. Reakcija koja se odvija sa formiranjem taloga:

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

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

II. Promjenom oksidacijskih stanja kemijskih elemenata koji formiraju tvari

Na osnovu toga razlikuju se sljedeće reakcije:

1. Reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskih stanja elemenata, odnosno redoks reakcije.

To uključuje mnoge reakcije, uključujući sve reakcije supstitucije, kao i one reakcije kombinacije i razgradnje u kojima sudjeluje barem jedna jednostavna supstanca, na primjer:

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

2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2

Kompleksne redoks reakcije se kompiliraju metodom ravnoteže elektrona.

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

U organskoj hemiji svojstva aldehida mogu poslužiti kao upečatljiv primjer redoks reakcija.

1. Reduciraju se na odgovarajuće alkohole:

Aldecidi se oksidiraju u odgovarajuće kiseline:

2. Reakcije koje se odvijaju bez promjene oksidacijskih stanja hemijskih elemenata.

To uključuje, na primjer, sve reakcije ionske izmjene, kao i mnoge reakcije spojeva, mnoge reakcije razgradnje, reakcije esterifikacije:

HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O

III. Termičkim efektom

Prema termičkom efektu, reakcije se dijele na egzotermne i endotermne.

1. Egzotermne reakcije se odvijaju oslobađanjem energije.

To uključuje gotovo sve složene reakcije. Rijetka iznimka su endotermne reakcije sinteze dušikovog oksida (II) iz dušika i kisika i reakcija plinovitog vodika s čvrstim jodom.

Egzotermne reakcije koje se odvijaju oslobađanjem svjetlosti nazivaju se reakcijama izgaranja. Hidrogenacija etilena je primjer egzotermne reakcije. Radi na sobnoj temperaturi.

2. Endotermne reakcije se odvijaju uz apsorpciju energije.

Očigledno, gotovo sve reakcije razgradnje će se odnositi na njih, na primjer:

1. Kalcinacija krečnjaka

2. Pucanje butana

Količina energije koja se oslobađa ili apsorbuje kao rezultat reakcije naziva se toplotnim efektom reakcije, a jednačina hemijske reakcije koja ukazuje na ovaj efekat naziva se termohemijska jednačina:

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. Prema stanju agregacije reagujućih supstanci (fazni sastav)

Prema stanju agregacije reagujućih supstanci razlikuju se:

1. Heterogene reakcije - reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u različitim agregacijskim stanjima (u različitim fazama).

2. Homogene reakcije - reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u istom agregacijskom stanju (u jednoj fazi).

V. Prema učešću katalizatora

Prema učešću katalizatora postoje:

1. Nekatalitičke reakcije koje se odvijaju bez učešća katalizatora.

2. Katalitičke reakcije koje se odvijaju uz učešće katalizatora. Budući da se sve biokemijske reakcije koje se odvijaju u stanicama živih organizama odvijaju uz sudjelovanje posebnih bioloških katalizatora proteinske prirode - enzima, svi oni spadaju u katalitičke ili, preciznije, enzimske. Treba napomenuti da više od 70% hemijskih industrija koristi katalizatore.

VI. Towards

Po pravcu postoje:

1. Nepovratne reakcije se odvijaju pod datim uslovima samo u jednom pravcu. To uključuje sve reakcije razmjene praćene stvaranjem taloga, plina ili tvari koja se slabo disocijacije (voda) i sve reakcije sagorijevanja.

2. Reverzibilne reakcije pod ovim uslovima teku istovremeno u dva suprotna smera. Većina ovih reakcija je.

U organskoj hemiji znak reverzibilnosti se ogleda u nazivima - antonimima procesa:

Hidrogenacija - dehidrogenacija,

Hidratacija - dehidracija,

Polimerizacija - depolimerizacija.

Sve reakcije esterifikacije su reverzibilne (suprotan proces, kao što znate, naziva se hidroliza) i hidroliza proteina, estera, ugljikohidrata, polinukleotida. Reverzibilnost ovih procesa leži u osnovi najvažnijeg svojstva živog organizma - metabolizma.

VII. Prema mehanizmu protoka razlikuju se:

1. Radikalne reakcije se odvijaju između radikala i molekula nastalih tokom reakcije.

Kao što već znate, u svim reakcijama stare hemijske veze se kidaju i stvaraju nove hemijske veze. Metoda razbijanja veze u molekulima polazne supstance određuje mehanizam (put) reakcije. Ako je tvar formirana kovalentnom vezom, tada mogu postojati dva načina da se ta veza prekine: hemolitički i heterolitički. Na primjer, za molekule Cl 2 , CH 4 itd., ostvaruje se hemolitičko pucanje veza, što će dovesti do stvaranja čestica sa nesparenim elektronima, odnosno slobodnih radikala.

Radikali nastaju najčešće kada se prekinu veze u kojima su zajednički parovi elektrona raspoređeni približno podjednako između atoma (nepolarna kovalentna veza), ali se mnoge polarne veze mogu raskinuti i na sličan način, posebno kada se reakcija odvija u gasne faze i pod dejstvom svetlosti., kao, na primer, u slučaju procesa o kojima je bilo reči - interakcija C 12 i CH 4 - . Radikali su visoko reaktivni, jer imaju tendenciju da dovrše svoj elektronski sloj uzimajući elektron od drugog atoma ili molekula. Na primjer, kada se radikal hlora sudari s molekulom vodika, on prekida zajednički elektronski par koji veže atome vodika i formira kovalentnu vezu s jednim od atoma vodika. Drugi atom vodika, postajući radikal, formira zajednički elektronski par sa nesparenim elektronom atoma hlora iz kolapsirajućeg molekula Cl 2, što rezultira radikalom hlora koji napada novu molekulu vodika, itd.

Reakcije, koje su lanac uzastopnih transformacija, nazivaju se lančane reakcije. Za razvoj teorije lančanih reakcija dva istaknuta hemičara - naš sunarodnik N. N. Semenov i Englez S. A. Hinshelwood dobili su Nobelovu nagradu.
Reakcija supstitucije između hlora i metana se odvija na sličan način:

Većina reakcija sagorevanja organskih i neorganskih supstanci, sinteza vode, amonijaka, polimerizacija etilena, vinil hlorida itd. teče po radikalnom mehanizmu.

2. Jonske reakcije se odvijaju između jona koji su već prisutni ili formirani tokom reakcije.

Tipične ionske reakcije su interakcije između elektrolita u otopini. Ioni nastaju ne samo tokom disocijacije elektrolita u otopinama, već i pod djelovanjem električnih pražnjenja, zagrijavanja ili zračenja. γ-zraci, na primjer, pretvaraju molekule vode i metana u molekularne ione.

Prema drugom ionskom mehanizmu, javljaju se reakcije dodavanja halogenovodonika, vodonika, halogena u alkene, oksidacije i dehidracije alkohola, zamjene alkoholnog hidroksila halogenom; reakcije koje karakteriziraju svojstva aldehida i kiselina. Joni u ovom slučaju nastaju heterolitičkim prekidom kovalentnih polarnih veza.

VIII. Prema vrsti energije

inicirajući reakciju, postoje:

1. Fotohemijske reakcije. Pokreću ih svjetlosna energija. Pored navedenih fotohemijskih procesa sinteze HCl ili reakcije metana sa hlorom, oni uključuju proizvodnju ozona u troposferi kao sekundarnog zagađivača atmosfere. U ovom slučaju kao primarni djeluje dušikov oksid (IV), koji pod djelovanjem svjetlosti formira kisikove radikale. Ovi radikali stupaju u interakciju s molekulama kisika, što rezultira ozonom.

Formiranje ozona traje sve dok ima dovoljno svjetla, budući da NO može stupiti u interakciju s molekulima kisika i formirati isti NO 2 . Akumulacija ozona i drugih sekundarnih zagađivača zraka može dovesti do fotokemijskog smoga.

Ova vrsta reakcije uključuje i najvažniji proces koji se odvija u biljnim stanicama - fotosintezu, čiji naziv govori sam za sebe.

2. Reakcije zračenja. Pokreću ih visokoenergetska zračenja - rendgenski zraci, nuklearno zračenje (γ-zraci, a-čestice - He 2+ itd.). Uz pomoć radijacijskih reakcija vrši se vrlo brza radiopolimerizacija, radioliza (razgradnja zračenja) itd.

Na primjer, umjesto dvostepene proizvodnje fenola iz benzena, može se dobiti interakcijom benzena s vodom pod djelovanjem zračenja. U ovom slučaju, radikali [OH] i [H] nastaju iz molekula vode, s kojima benzen reagira da nastane fenol:

C 6 H 6 + 2 [OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O

Vulkanizacija gume se može izvesti bez sumpora uz pomoć radiovulkanizacije, a rezultirajuća guma neće biti ništa lošija od tradicionalne gume.

3. Elektrohemijske reakcije. Pokreću se električnom strujom. Osim vama dobro poznatih reakcija elektrolize, ukazujemo i na reakcije elektrosinteze, na primjer, reakcije industrijske proizvodnje anorganskih oksidanata

4. Termohemijske reakcije. Pokreću se toplotnom energijom. To uključuje sve endotermne reakcije i mnoge egzotermne reakcije koje zahtijevaju početnu opskrbu toplinom, odnosno pokretanje procesa.

Gornja klasifikacija hemijskih reakcija je prikazana na dijagramu.

Klasifikacija hemijskih reakcija, kao i sve druge klasifikacije, je uslovna. Naučnici su se složili da podijele reakcije u određene vrste prema znakovima koje su identificirali. Ali većina hemijskih transformacija može se pripisati različitim tipovima. Na primjer, hajde da okarakteriziramo proces sinteze amonijaka.

Ovo je složena reakcija, redoks, egzotermna, reverzibilna, katalitička, heterogena (tačnije, heterogena katalitička), koja se odvija sa smanjenjem pritiska u sistemu. Za uspješno upravljanje procesom, sve gore navedene informacije moraju se uzeti u obzir. Specifična hemijska reakcija je uvek multikvalitativna, karakterišu je različite karakteristike.

Odeljenje za obrazovanje Ivanovske oblasti

Regionalna državna budžetska strukovna obrazovna ustanova

Southern Technological College

METODOLOŠKA RAZVOJA

OTVORENI ČAS HEMIJE

Na temu:

« Klasifikacija hemijskih reakcija»

Predavač: Vdovin Yu.A.

pa:I

Grupa: 39-40

Juža - 2017

Tema lekcije:	Klasifikacija hemijskih reakcija
Ciljevi lekcije:	Proširiti i produbiti znanja o hemijskim reakcijama, uporediti ih sa drugim vrstama pojava. Naučite da istaknete bitne karakteristike koje se mogu koristiti kao osnova za klasifikaciju hemijskih reakcija. Razmotrite klasifikaciju kemijskih reakcija prema različitim kriterijima.
Ciljevi lekcije:	1. Obrazovni – sistematizovati, generalizovati i produbiti znanja učenika o hemijskim reakcijama i njihovoj klasifikaciji, razvijati veštine samostalnog rada, sposobnost pisanja jednačina reakcija i postavljanja koeficijenata, ukazivanje na vrste reakcija, izvođenje zaključaka i generalizacija. 2. Razvijanje – razvijanje kulture govora upotrebom hemijskih termina i formula, razvoj kognitivnih sposobnosti, mišljenja, pažnje. 3. Vaspitni – vaspitanje samostalnosti, upornosti, pažnje, tolerancije.
Vrsta lekcije:	Kombinovano
Oprema i reagensi:	reagensi: Amonijum nitrat, natrijum hidroksid, amonijum hidroksid, bakar (II) sulfat, natrijum karbonat, hlorovodonična kiselina, kalijum heksacijanoferat (III), gvožđe (III) hlorid, kalijum permanganat, sumporna kiselina, etanol. Oprema: Epruvete, boce sa rastvorima, pipete, stalci, Petrijeva posuda, porculanska posuda za isparavanje, stakleni štapić, vata, metalna posuda.
Nastavne metode	Verbalno (razgovor, objašnjenje) Metode učenja zasnovane na problemu, laboratorijsko iskustvo.
Oblici rada:	individualni, frontalni.

Plan lekcije:

Tokom nastave:

1. Organizacioni trenutak (1 min)

Pozdrav;

B) Sigurnosne mjere;

2. Motivacija (2 min)

Uvodni govor:

U svijetu oko nas događa se ogroman broj reakcija. Ovdje samo sjedimo, stojimo, idemo negdje, a u svakoj ćeliji našeg tijela svake sekunde dolazi do desetina i stotina hiljada transformacija jedne supstance u drugu.

Skoro kao živi organizam i neživa materija. Negdje sada, upravo u ovom trenutku, odvija se hemijski ciklus: neki molekuli nestaju, drugi nastaju, a ti procesi nikada ne prestaju.

Kad bi svi odjednom prestali, svijet bi utihnuo. Kako imati na umu raznolikost hemijskih procesa, kako ih praktično upravljati? Kako biolozi uspijevaju upravljati raznolikošću živih organizama? (stvaranje problematične situacije).

Predloženi odgovor: U svakoj nauci koristi se tehnika klasifikacije koja omogućava da se ceo skup objekata podeli u grupe prema zajedničkim karakteristikama.

Formulirajmo temu lekcije: Klasifikacija hemijskih reakcija.

Svaka lekcija treba da ima ciljeve.

Hajde da formulišemo ciljeve današnje lekcije?

Šta treba da uzmemo u obzir?

Šta vrijedi naučiti?

Razmotrite moguće klasifikacije hemijskih reakcija.

Naučite istaknuti znakove po kojima se vrši klasifikacija reakcija.

Koja je korist od klasifikacije hemijskih reakcija?

Predloženi odgovor: Pomaže u generalizaciji, strukturiranju znanja o hemijskim procesima, isticanju nečega zajedničkog i predviđanju, na osnovu postojećeg znanja, nešto drugo nepoznato, ali slično poznatom.

A gdje se znanje o klasifikaciji hemijskih reakcija može primijeniti u vašoj praksi?

Predloženi odgovor: neke klase hemijskih reakcija mogu nam biti korisne u praktičnim aktivnostima. Na primjer, tako važan fenomen za vas kao što je galvanizacija temelji se na redoks procesima. Mislim da vam je koncept "galvanskih ćelija" bolno poznat!

Osim toga, poznavanje klase hemijske reakcije procesa može pomoći u upravljanju ovim procesom.

3. Aktuelizacija znanja (6 min)

A) Zadatak sa karticama o razlici između fizičkih procesa i hemijskih reakcija (2 min).

Zadatak izvodi učenik na magnetnoj tabli i paralelno sa grupnom prezentacijom.

Pogledajte ove svima vama poznate fenomene. Podijelite ih u grupe. Imenujte grupe i definišite svaku grupu.

B) Ponavljanje sigurnosnih mjera

Izvođenje laboratorijskih eksperimenata (3 min)

I kako možemo znati da se odvija hemijska reakcija?

Predloženi odgovor #1: Kriterijumi.

Predloženi odgovor #2: Padavine, ispuštanje gasa, itd.

A sada vam predlažem da uronite u atmosferu empirizma i budete eksperimentatori. Pred vama su epruvete i boce sa reagensima. U radnom polju, u zadatku br. 2, navedene su metode iskustva. Uradite ove eksperimente. Zapišite rezultate svojih eksperimenata u tabelu “Znaci hemijskih reakcija”.

	Znak curenja	Shema reakcije
	Pojava mirisa
	Padavine
	Otapanje taloga
	Evolucija gasa
	Promjena boje
	emisija svetlosti
	Odabir ili apsorpciju toplote

4 . Učenje novog gradiva (15 min)

Vidjeli smo da su hemijske reakcije često praćene efektima. Neki slični efekti uzimaju se kao osnova za različite vrste klasifikacija...

Da, hemijske reakcije su klasifikovane u različite tipove, tako da se ista hemijska reakcija može razmatrati i klasifikovati na različite načine.

A) Klasifikacija prema broju i sastavu reagensa i njihovih proizvoda:

Veze

ekspanzije

Zamjene

Jedan slajd prikazuje primjere kemijskih reakcija.

Momci upoređuju jednačine reakcija i formulišu definicije klasa na osnovu ove komparativne analize. Isto se dešava i sa drugim tipovima.

B) Termičkim efektom

egzotermna

Endotermna

B) Promjenom stepena oksidacije

Redox

Nema promjene u oksidacijskom stanju

D) Po faznom sastavu

homogena

Heterogena

D) O upotrebi katalizatora

katalitički

Nekatalitički

E) Smjer:

reverzibilan

nije reverzibilno

5. Primena i učvršćivanje znanja (15 min)

A sada je vrijeme da svoje znanje primijenimo.

Momci obavljaju zadatke 3-5 radnog polja.

3. Nasuprot svakom pojmu koji se odnosi na klasu hemijskih reakcija zalijepite željenu definiciju.

Reakcije veze	Reakcije u kojima dvije ili više tvari tvore jedno jedinjenje
Reakcije razgradnje	Reakcije u kojima iz složene tvari nastaje nekoliko novih tvari.
Reakcije supstitucije	Reakcije u kojima atomi jednostavne tvari zamjenjuju atome jednog od elemenata u složenoj tvari.
Reakcije razmjene	Reakcije u kojima dva jedinjenja izmjenjuju svoje sastojke.
egzotermne reakcije	Reakcije koje se odvijaju oslobađanjem topline.
Endotermne reakcije	Reakcije koje se odvijaju sa apsorpcijom toplote.
katalitičke reakcije	Reakcije koje se odvijaju uz učešće katalizatora.
Nekatalitičke reakcije	Reakcije koje se odvijaju bez katalizatora.
Redox	Reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskih stanja elemenata koji tvore tvari uključene u reakciju.
Reverzibilne reakcije	Hemijske reakcije koje se odvijaju istovremeno u dva suprotna smjera - naprijed i nazad.
ireverzibilne reakcije	Hemijske reakcije, kao rezultat kojih se početne tvari gotovo u potpunosti pretvaraju u finalne proizvode.
Homogene reakcije	Reakcije koje se odvijaju u homogenom mediju, kao što je mješavina plinova ili otopina.
heterogene reakcije	Reakcije koje se javljaju između supstanci u heterogenom okruženju.

Provjera rada se odvija na slajdu prezentacije.

4. Povezati hemijske reakcije sa njihovom klasom:

Reakcije veze
Reakcije razgradnje
Reakcije supstitucije
Reakcije razmjene
egzotermne reakcije

Hemijske reakcije (hemijske pojave)- to su procesi usljed kojih se iz nekih supstanci formiraju druge, koje se po sastavu ili strukturi razlikuju od originalnih. U toku hemijskih reakcija nema promene u broju atoma jednog ili drugog elementa, međusobne konverzije izotopa.

Klasifikacija hemijskih reakcija je višestruka, može se zasnivati ​​na različitim karakteristikama: broju i sastavu reaktanata i produkta reakcije, termičkom efektu, reverzibilnosti itd.

I. Klasifikacija reakcija prema broju i sastavu reaktanata

A. Reakcije koje se dešavaju bez promene kvalitativnog sastava supstance . To su brojne alotropske transformacije jednostavnih supstanci (na primjer, kisik ↔ ozon (3O 2 ↔ 2O 3), bijeli kalaj ↔ sivi kalaj); prijelaz s promjenom temperature nekih čvrstih tvari iz jednog kristalnog stanja u drugo - polimorfne transformacije(na primjer, crveni kristali živinog (II) jodida, kada se zagrijavaju, pretvaraju se u žutu tvar istog sastava, kada se ohlade, dolazi do obrnutog procesa); reakcije izomerizacije (na primjer, NH 4 OCN ↔ (NH 2) 2 CO), itd.

B. Reakcije koje se javljaju sa promjenom sastava reaktanata.

Reakcije veze Reakcije u kojima dva ili više polaznih materijala formiraju jedno novo jedinjenje. Izvorne supstance mogu biti jednostavne i složene, na primjer:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5; 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3; CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2.

Reakcije razgradnje su reakcije u kojima se iz jedne početne složene supstance formiraju dvije ili više novih tvari. Tvari nastale u reakcijama ove vrste mogu biti i jednostavne i složene, na primjer:

2HI \u003d H 2 + I 2; CaCO 3 \u003d CaO + CO 2; (CuOH) 2 CO 3 \u003d CuO + H 2 O + CO 2.

Reakcije supstitucije- To su procesi u kojima atomi jednostavne supstance zamjenjuju atome elementa u složenoj tvari. Budući da je jednostavna tvar nužno uključena u reakcije supstitucije kao jedan od reagensa, gotovo sve transformacije ovog tipa su redoks, na primjer:

Zn + H 2 SO 4 \u003d H 2 + ZnSO 4; 2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3; H 2 S + Br 2 \u003d 2HBr + S.

Reakcije razmjene su reakcije u kojima dva spoja izmjenjuju svoje sastojke. Reakcije razmjene mogu se odvijati direktno između dva reagensa bez sudjelovanja otapala, na primjer: H 2 SO 4 + 2KOH = K 2 SO 4 + 2H 2 O; SiO 2 (tv) + 4HF (g) = SiF 4 + 2H 2 O.

Reakcije razmjene koje se javljaju u otopinama elektrolita nazivaju se reakcije jonske izmjene. Takve reakcije su moguće samo ako je jedna od nastalih tvari slab elektrolit, oslobađa se iz reakcijske sfere u obliku plina ili slabo topljive tvari (Bertholletovo pravilo):

AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3, ili Ag + + Cl - \u003d AgCl ↓;

NH 4 Cl + KOH \u003d KCl + NH 3 + H 2 O, ili NH 4 + + OH - \u003d H 2 O + NH 3;

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O, ili H + + OH - \u003d H 2 O.

II. Klasifikacija reakcija prema termičkom efektu

ALI. Reakcije koje se odvijaju sa oslobađanjem toplotne energije –egzotermne reakcije (+ Q).

B. Reakcije koje se odvijaju sa apsorpcijom toplote –endotermne reakcije (-Q).

termalni efekat Reakcija se odnosi na količinu topline koja se oslobađa ili apsorbira kao rezultat kemijske reakcije. Reakciona jednadžba u kojoj je naznačen njen termički efekat naziva se termohemijska. Pogodno je dati vrijednost toplotnog efekta reakcije po 1 molu jednog od učesnika reakcije, stoga se u termohemijskim jednadžbama često mogu naći razlomci:

1/2N 2 (g) + 3/2H 2 (g) = NH 3 (g) + 46,2 kJ / mol.

Egzotermne su sve reakcije sagorevanja, velika većina reakcija oksidacije i kombinacije. Reakcije razgradnje obično zahtijevaju energiju.

Predavanje 2

Hemijske reakcije. Klasifikacija hemijskih reakcija.

Redox reakcije

Supstance koje međusobno djeluju prolaze kroz razne promjene i transformacije. Na primjer, ugljen sagorijeva stvarajući ugljični dioksid. Berilijum se u interakciji sa atmosferskim kiseonikom pretvara u berilijum oksid.

Pojave u kojima se neke tvari pretvaraju u druge koje se po sastavu i svojstvima razlikuju od originala, a pritom nema promjene u sastavu jezgara atoma, nazivaju se kemijskim. Oksidacija gvožđa, sagorevanje, dobijanje metala iz ruda - sve su to hemijski fenomeni.

Mora se napraviti razlika između hemijskih i fizičkih pojava.

Tokom fizičkih pojava, oblik ili fizičko stanje neke supstance se menja ili nastaju nove supstance usled promena u sastavu jezgara atoma. Na primjer, kada plinoviti amonijak stupi u interakciju s tekućim dušikom, amonijak prvo prelazi u tekućinu, a zatim u čvrsto stanje. Ovo nije hemijski, već fizički fenomen, jer. sastav supstance se ne menja. Neki fenomeni koji vode obrazovanju. Nove supstance se klasifikuju kao fizičke. Takve su, na primjer, nuklearne reakcije, uslijed kojih se iz jezgri jednog elementa formiraju atomi drugih.

Fizičke pojave, jer i hemijski su široko rasprostranjeni: protok električne struje kroz metalni provodnik, kovanje i topljenje metala, oslobađanje toplote, pretvaranje vode u led ili paru. itd.

Hemijske pojave uvijek prate fizičke. Na primjer, prilikom sagorijevanja magnezija oslobađaju se toplina i svjetlost, u galvanskoj ćeliji, kao rezultat kemijske reakcije, nastaje električna struja.

U skladu s atomskom i molekularnom teorijom i zakonom održanja mase tvari, od atoma tvari koje su ušle u reakciju nastaju nove tvari, jednostavne i složene, a ukupan broj atoma svake element uvijek ostaje konstantan.

Hemijske pojave nastaju zbog toka hemijskih reakcija.

Hemijske reakcije se klasificiraju prema različitim kriterijima.

1. Na osnovu oslobađanja ili apsorpcije toplote. Reakcije koje oslobađaju toplotu nazivaju se egzotermnim. Na primjer, reakcija stvaranja klorovodika iz vodika i klora:

H 2 + CI 2 \u003d 2HCI + 184,6 kJ

Reakcije koje apsorbuju toplotu iz okoline nazivaju se endotermne. Na primjer, reakcija stvaranja dušikovog oksida (II) iz dušika i kisika, koja se odvija na visokoj temperaturi:

N 2 + O 2 \u003d 2NO - 180,8 kJ

Količina topline koja se oslobađa ili apsorbira kao rezultat reakcije naziva se toplinskim efektom reakcije. Grana hemije koja proučava toplotne efekte hemijskih reakcija naziva se termohemija. O tome ćemo detaljno govoriti kada proučavamo odjeljak "Energija kemijskih reakcija".

2. Prema promjeni broja početnih i konačnih supstanci, reakcije se dijele na sljedeće vrste: povezivanje, razlaganje i razmjena .

Reakcije u kojima dvije ili više tvari stvaraju jednu novu tvar nazivaju se složene reakcije :

Na primjer, interakcija klorovodika s amonijakom:

HCI + NH3 = NH4CI

Ili sagorevanje magnezijuma:

2Mg + O2 = 2MgO

Reakcije u kojima iz jedne supstance nastaje više novih supstanci nazivaju se reakcije raspadanja .

Na primjer, reakcija raspadanja vodikovog jodida

2HI \u003d H 2 + I 2

Ili razlaganje kalijum permanganata:

2KmnO 4 \u003d K2mnO 4 + mnO 2 + O 2

Reakcije između jednostavnih i složenih tvari, uslijed kojih atomi jednostavne tvari zamjenjuju atome jednog od elemenata složene tvari, nazivaju se supstitucijske reakcije.

Na primjer, zamjena olova cinkom u olovnom(II) nitratu:

Pb (NO 3) 2 + Zn \u003d Zn (NO 3) 2 + Pb

Ili zamjena broma hlorom:

2NaBr + CI 2 = 2NaCI + Br 2

Reakcije u kojima dvije supstance izmjenjuju svoje sastojke u dvije nove tvari nazivaju se reakcije razmene . Na primjer, interakcija aluminijevog oksida sa sumpornom kiselinom:

AI2O3 + 3H3SO4 = AI2(SO4)3 + 3H3O

Ili interakcija kalcijum hlorida sa srebrovim nitratom:

CaCI 2 + AgNO 3 \u003d Ca (NO 3) 2 + AgCI

3. Na osnovu reverzibilnosti, reakcije se dijele na reverzibilne i ireverzibilne.

4. Na osnovu promjene oksidacijskog stanja atoma koji čine reagirajuće tvari razlikuju se reakcije koje nastaju bez promjene oksidacijskog stanja atoma i redoks reakcije (sa promjenom oksidacijskog stanja atoma).

Redox reakcije. Najvažniji oksidacijski i redukcijski agensi. Metode odabira koeficijenata u reakcijama

redoks

Sve hemijske reakcije se mogu podeliti u dve vrste. Prvi tip uključuje reakcije koje se odvijaju bez promjene oksidacijskih stanja atoma koji čine reaktante.

Na primjer

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H3O

BaCI 2 + K 2 SO4 = BaSO 4 + 2KCI

Drugi tip uključuje kemijske reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskih stanja svih ili nekih elemenata:

2KCIO 3 = 2KICI+3O2

2KBr+CI2=Br 2 +2KCI

Ovdje u prvoj reakciji oksidacijsko stanje mijenjaju atomi klora i kisika, a u drugoj atomi broma i klora.

Reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskog stanja atoma koji čine reaktante nazivaju se redoks reakcije.

Promjena oksidacijskog stanja povezana je s povlačenjem ili kretanjem elektrona.

Glavne odredbe teorije redoks

reakcije:

1. Oksidacija je proces davanja elektrona od strane atoma, molekula ili jona.

AI - 3e - = AI 3+ H 2 - 2e - = 2H +

2. Oporavak je proces dodavanja elektrona atomu, molekulu ili jonu.

S + 2e - \u003d S 2- CI 2 + 2e - \u003d 2CI -

3. Atomi, molekuli ili ioni koji doniraju elektrone nazivaju se redukcijskim agensima. Tokom reakcije oksidiraju

4. Atomi, molekuli ili ioni koji prihvataju elektrone nazivaju se oksidacijskim agensima. Tokom reakcije, oni se obnavljaju.

Oksidacija je uvijek praćena redukcijom, i obrnuto, redukcija je uvijek povezana sa oksidacijom, što se može izraziti jednadžbom:

Redukciono sredstvo – e – = Oksidant

Oksidator + e - = Reduktor

Stoga su redoks reakcije jedinstvo dva suprotna procesa oksidacije i redukcije.

Broj elektrona koje odaje redukcijski agens uvijek je jednak broju elektrona vezanih uz oksidacijsko sredstvo.

Redukcioni agensi i oksidanti mogu biti i jednostavne supstance, tj. koji se sastoji od jednog elementa ili kompleksa. Tipični redukcioni agensi su atomi na čijem vanjskom energetskom nivou ima od jednog do tri elektrona. Ova grupa uključuje metale. Redukciona svojstva mogu pokazati i nemetali, kao što su vodonik, ugljenik, bor, itd.

U hemijskim reakcijama doniraju elektrone prema šemi:

E - ne - \u003d E n +

U periodima s povećanjem rednog broja elementa redukujuća svojstva jednostavnih tvari se smanjuju, dok se oksidirajuća povećavaju i postaju maksimalna za halogene. Na primjer, u trećem periodu, natrijum je najaktivniji redukcioni agens, a hlor je oksidant.

U elementima glavnih podgrupa redukujuća svojstva rastu s povećanjem serijskog broja, a oksidirajuća svojstva slabe. Elementi glavnih podgrupa grupa 4 - 7 (nemetali) mogu i davati i primati elektrone, tj. ispoljavaju redukciona i oksidaciona svojstva. Izuzetak je fluor, koji pokazuje samo oksidirajuća svojstva, jer ima najveću elektronegativnost. Elementi sekundarnih podgrupa imaju metalni karakter, jer vanjski nivo njihovih atoma sadrži 1-2 elektrona. Zbog toga su njihove jednostavne supstance redukcioni agensi.

Oksidirajuća ili redukciona svojstva složenih supstanci zavise od stepena oksidacije atoma datog elementa.

Na primjer, KMnO 4, MnO 2, MnSO 4,

U prvom spoju, mangan ima maksimalno oksidacijsko stanje i više ga ne može povećati, stoga može biti samo oksidacijsko sredstvo.

U trećem spoju, mangan ima minimalno oksidacijsko stanje; može biti samo redukcijski agens.

Najvažniji redukcioni agensi : metali, vodonik, ugalj, ugljični monoksid, vodonik sulfid, kalaj hlorid, azotna kiselina, aldehidi, alkoholi, glukoza, mravlje i oksalne kiseline, hlorovodonična kiselina, katoda za elektrolizu.

Najvažniji oksidanti : halogeni, kalijum permanganat, kalijum bihromat, kiseonik, ozon, vodonik peroksid, azotna, sumporna, selenska kiselina, hipohloriti, perhlorati, hlorati, carska voda, mešavina koncentrovane azotne i fluorovodične kiseline, anoda u elektrolizi.

Sastavljanje jednadžbi redoks reakcija

1.Metoda elektronske ravnoteže. U ovoj metodi upoređuju se oksidaciona stanja atoma u početnoj i krajnjoj supstanci, vodeći se pravilom da je broj elektrona koje je dao redukcioni agens jednak broju elektrona vezanih uz oksidaciono sredstvo. Da biste sastavili jednadžbu, morate znati formule reaktanata i produkta reakcije. Potonji se određuju ili na osnovu poznatih svojstava elemenata ili empirijski.

Bakar, formirajući ion bakra, daje dva elektrona. Njegovo oksidacijsko stanje se povećava od 0 do +2. Ion paladijuma spajanjem dva elektrona menja oksidaciono stanje sa +2 na 0. Stoga je paladijum nitrat oksidaciono sredstvo.

Ako se utvrde i početne supstance i proizvodi njihove interakcije, tada se pisanje jednadžbe reakcije svodi, po pravilu, na pronalaženje i sređivanje koeficijenata. Koeficijenti se određuju metodom elektronske ravnoteže pomoću elektronskih jednačina. Izračunavamo kako redukciono sredstvo i oksidaciono sredstvo menjaju svoje oksidaciono stanje i odražavamo to u elektronskim jednačinama:

Cu 0 -2e - = Cu 2+ 1

Pd +2 +2e - =Pd 0 1

Iz gornjih elektronskih jednadžbi može se vidjeti da su sa redukcijskim i oksidacijskim sredstvom koeficijenti jednaki 1.

Konačna jednačina reakcije:

Cu + Pd(NO 3) 2 = Cu(NO 3) 2 + Pd

Da bismo provjerili ispravnost formulirane jednadžbe, brojimo broj atoma u desnom i lijevom dijelu jednačine. Posljednja stvar koju provjeravamo je kiseonik.

reakcija redukcije se odvija prema shemi:

KMnO 4 + H 3 PO 3 + H 2 SO 4 →MnSO 4 + H 3 PO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Rješenje Ako su i početne tvari i proizvodi njihove interakcije dati u uvjetu zadatka, tada se pisanje jednadžbe reakcije svodi, po pravilu, na pronalaženje i sređivanje koeficijenata. Koeficijenti se određuju metodom elektronske ravnoteže pomoću elektronskih jednačina. Izračunavamo kako redukciono sredstvo i oksidaciono sredstvo menjaju svoje oksidaciono stanje i odražavamo to u elektronskim jednačinama:

redukciono sredstvo 5 │ R 3+ - 2ē ═ R 5+ proces oksidacije

oksidant 2 │Mn +7 + 5 ē ═ Mn 2+ proces oporavka

Ukupan broj elektrona doniranih redukcijom mora biti jednak broju elektrona koje oksidaciono sredstvo dodaje. Uobičajeni najmanji višekratnik za date i primljene elektrone je 10. Podijelimo ovaj broj sa 5, dobijemo faktor 2 za oksidans i njegov redukcijski proizvod. Koeficijenti ispred tvari čiji atomi ne mijenjaju svoje oksidacijsko stanje nalaze se selekcijom. Jednačina reakcije će izgledati ovako

2KMnO 4 + 5H 3 PO 3 + 3H 2 SO 4 ═2MnSO 4 + 5H 3 PO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 Oh

Metoda polureakcije ili ionsko-elektronska metoda. Kao što samo ime govori, ova metoda se zasniva na kompilaciji ionskih jednačina za proces oksidacije i proces redukcije.

Kada se sumporovodik propušta kroz zakiseljenu otopinu kalijevog permanganata, grimizna boja nestaje i otopina postaje mutna.

Iskustvo pokazuje da zamućenje otopine nastaje kao rezultat stvaranja sumpora:

H 2 S  S + 2H +

Ova shema je izjednačena brojem atoma. Da biste izjednačili po broju naboja, dva elektrona se moraju oduzeti od lijeve strane, nakon čega možete zamijeniti strelicu znakom jednakosti

H 2 S - 2e - \u003d S + 2H +

Ovo je prva polu-reakcija - proces oksidacije redukcijskog agensa sumporovodika.

Promjena boje otopine povezana je s prijelazom MnO 4 - (grimizna boja) u Mn 2+ (svijetlo ružičasta boja). Ovo se može izraziti dijagramom

MnO 4 - Mn 2+

U kiseloj otopini kisik, koji je dio MnO 4 - zajedno s vodikovim ionima, na kraju formira vodu. Stoga se proces tranzicije piše kao

MnO 4 - + 8H + Mn 2+ + 4H 2 O

Da bi se strelica zamijenila znakom jednakosti, naboji se također moraju izjednačiti. Pošto početne supstance imaju sedam pozitivnih naboja, a poslednja dva pozitivna naboja, da bi se ispunili uslovi jednakosti, pet elektrona se mora dodati na levu stranu kola

MnO 4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H 2 O

Ovo je polureakcija - proces redukcije oksidanta, tj. permanganat jon.

Za sastavljanje opće jednačine reakcije potrebno je po članu sabrati jednačine polureakcija, prvo izjednačavanjem broja datih i primljenih elektrona. U ovom slučaju, prema pravilu pronalaženja najmanjeg višekratnika, određuju se odgovarajući faktori kojima se množe jednačine polja

H 2 S - 2e - \u003d S + 2H + 5

MnO 4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H 2 O 2

5H 2 S + 2MnO 4 - + 16H + \u003d 5S + 10H + + 2Mn 2+ + 8H 2 O

Nakon smanjenja za 10H+ dobijamo

5H 2 S + 2MnO 4 - + 6H + \u003d 5S + 2Mn 2+ + 8H 2 O ili u molekularnom obliku

2k + + 3SO 4 2- = 2k + + 3SO 4 2-

5H 2 S + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 5S + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

Hajde da uporedimo obe metode. Prednost metode polureakcije u odnosu na metodu ravnoteže elektrona je u tome što se ne koriste hipotetički ioni, već stvarno postojeći. Zaista, u rastvoru nema jona Mn +7, Cr +6, S +6, S +4; MnO 4– , Cr 2 O 7 2– , CrO 4 2– , SO 4 2– . Kod metode polureakcije nije potrebno poznavati sve nastale tvari; pojavljuju se u jednadžbi reakcije pri njenom izvođenju.

Klasifikacija redoks reakcija

Obično postoje tri vrste redoks reakcija: intermolekularne, intramolekularne i disproporcionalne reakcije .

Intermolekularne reakcije su reakcije u kojima su oksidacijski i redukcijski agens u različitim supstancama. Ovo također uključuje reakcije između različitih tvari u kojima atomi istog elementa imaju različita oksidacijska stanja:

2H 2 S + H 2 SO 3 \u003d 3S + 3H 2 O

5HCI + HCIO 3 = 5CI 2 + 3H 2 O

Intramolekularne reakcije su one u kojima su oksidacijski i redukcijski agens u istoj tvari. U ovom slučaju, atom s pozitivnijim oksidacijskim stanjem oksidira atom s nižim oksidacijskim stanjem. Takve reakcije su reakcije hemijskog raspadanja. Na primjer:

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

2KCIO 3 = 2KCI + 3O 2

Ovo također uključuje razgradnju tvari u kojima atomi istog elementa imaju različita oksidacijska stanja:

NH 4 NO 3 \u003d N 2 O + 2H 2 O

Tok reakcija disproporcionisanja praćen je istovremenim povećanjem i smanjenjem stepena oksidacije atoma istog elementa. U tom slučaju početna tvar formira spojeve od kojih jedan sadrži atome s višim, a drugi s nižim stupnjem oksidacije. Ove reakcije su moguće za supstance sa srednjim oksidacionim stanjem. Primjer je konverzija kalij-manganata u kojoj mangan ima srednje oksidacijsko stanje od +6 (od +7 do +4). Otopina ove soli ima prekrasnu tamno zelenu boju (boja jona MnO 4 hemijski Hemijski eksperiment neorganske hemije u sistemu problemskog učenja Diplomski rad >> Hemija

Zadaci" 27. Klasifikacija hemijski reakcije. Reakcije, koji idu bez promjene kompozicije. 28. Klasifikacija hemijski reakcije ko ide...