Ainete keemilised omadused ilmnevad mitmesugustes keemilistes reaktsioonides.

Nimetatakse ainete muundumisi, millega kaasneb nende koostise ja (või) struktuuri muutumine keemilised reaktsioonid. Sageli leitakse järgmine määratlus: keemiline reaktsioon Algainete (reaktiivide) lõppaineteks (produktideks) muutmise protsessi nimetatakse.

Keemilised reaktsioonid kirjutatakse keemiliste võrrandite ja skeemide abil, mis sisaldavad lähteainete ja reaktsioonisaaduste valemeid. Keemilistes võrrandites on erinevalt skeemidest iga elemendi aatomite arv vasakul ja paremal küljel sama, mis peegeldab massi jäävuse seadust.

Võrrandi vasakul küljel on kirjutatud lähteainete (reaktiivide) valemid, paremale - keemilise reaktsiooni tulemusena saadud ained (reaktsiooniproduktid, lõppained). Vasakut ja paremat külge ühendav võrdusmärk näitab, et reaktsioonis osalevate ainete aatomite koguarv jääb muutumatuks. See saavutatakse täisarvuliste stöhhiomeetriliste koefitsientide asetamisega valemite ette, mis näitavad reagentide ja reaktsioonisaaduste kvantitatiivseid suhteid.

Keemilised võrrandid võivad sisaldada lisateavet reaktsiooni tunnuste kohta. Kui keemiline reaktsioon kulgeb välismõjude (temperatuur, rõhk, kiirgus jne) mõjul, tähistatakse seda vastava sümboliga, tavaliselt võrdusmärgi kohal (või "alla").

Väga palju keemilisi reaktsioone saab rühmitada mitut tüüpi reaktsioonideks, mida iseloomustavad täpselt määratletud tunnused.

Nagu klassifikatsiooni tunnused valida saab järgmist:

1. Lähteainete ja reaktsioonisaaduste arv ja koostis.

2. Reaktiivide ja reaktsioonisaaduste agregaatolek.

3. Faaside arv, milles reaktsioonis osalejad on.

4. Ülekantavate osakeste olemus.

5. Reaktsiooni kulgemise võimalus edasi- ja tagasisuunas.

6. Soojusefekti märk jagab kõik reaktsioonid: eksotermiline eksoefektiga kulgevad reaktsioonid - energia vabanemine soojuse kujul (Q> 0, ∆H<0):

C + O 2 \u003d CO 2 + Q

ja endotermiline Endoefektiga kulgevad reaktsioonid - energia neeldumine soojuse kujul (Q<0, ∆H >0):

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

Sellised reaktsioonid on termokeemiline.

Vaatleme üksikasjalikumalt iga reaktsiooni tüüpi.

Klassifikatsioon reaktiivide ja lõppainete arvu ja koostise järgi

1. Ühendusreaktsioonid

Ühendi reaktsioonides mitmest suhteliselt lihtsa koostisega reageerivast ainest saadakse üks keerulisema koostisega aine:

Reeglina kaasneb nende reaktsioonidega soojuse eraldumine, s.t. põhjustada stabiilsemate ja vähem energiarikaste ühendite moodustumist.

Lihtainete kombinatsiooni reaktsioonid on oma olemuselt alati redoks-reaktsioonid. Keeruliste ainete vahel toimuvad ühendusreaktsioonid võivad toimuda nii ilma valentsi muutumiseta:

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

ja klassifitseeritakse redoksrühmaks:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

2. Lagunemisreaktsioonid

Lagunemisreaktsioonid põhjustavad ühest kompleksainest mitme ühendi moodustumist:

A = B + C + D.

Keerulise aine lagunemissaadused võivad olla nii liht- kui ka kompleksained.

Valentsusolekuid muutmata toimuvatest lagunemisreaktsioonidest tuleb märkida kristalsete hüdraatide, aluste, hapete ja hapnikku sisaldavate hapete soolade lagunemist:

	t o
4HNO 3	=	2H 2O + 4NO 2O + O 2O.

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

Eriti iseloomulikud on lämmastikhappe soolade lagunemise redoksreaktsioonid.

Lagunemisreaktsioone orgaanilises keemias nimetatakse pragunemiseks:

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

või dehüdrogeenimine

C4H10 \u003d C4H6 + 2H2.

3. Asendusreaktsioonid

Asendusreaktsioonides interakteerub tavaliselt lihtne aine keerulise ainega, moodustades teise lihtsa aine ja teise kompleksse aine:

A + BC = AB + C.

Need reaktsioonid kuuluvad valdavas enamuses redoksreaktsioonidesse:

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.

Näiteid asendusreaktsioonidest, millega ei kaasne aatomite valentsusoleku muutusi, on äärmiselt vähe. Tuleb märkida ränidioksiidi reaktsiooni hapnikku sisaldavate hapete sooladega, mis vastavad gaasilistele või lenduvatele anhüdriididele:

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

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

Mõnikord peetakse neid reaktsioone vahetusreaktsioonideks:

CH4 + Cl2 = CH3CI + Hcl.

4. Vahetage reaktsioone

Vahetusreaktsioonid Reaktsioone kahe ühendi vahel, mis vahetavad oma koostisosi, nimetatakse:

AB + CD = AD + CB.

Kui asendusreaktsioonide käigus toimuvad redoksprotsessid, siis vahetusreaktsioonid toimuvad alati ilma aatomite valentsolekut muutmata. See on kõige levinum reaktsioonide rühm keeruliste ainete - oksiidide, aluste, hapete ja soolade - vahel:

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

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,

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

Nende vahetusreaktsioonide erijuhtum on neutraliseerimisreaktsioonid:

Hcl + KOH \u003d KCl + H2O.

Tavaliselt järgivad need reaktsioonid keemilise tasakaalu seadusi ja kulgevad suunas, kus vähemalt üks aine eemaldatakse reaktsioonisfäärist gaasilise, lenduva aine, sademe või madala dissotsiatsiooniga (lahuste puhul) ühendi kujul:

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. Ülekandereaktsioonid.

Ülekandereaktsioonides läheb aatom või aatomite rühm ühest struktuuriüksusest teise:

AB + BC \u003d A + B 2 C,

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

Näiteks:

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

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

Reaktsioonide klassifikatsioon faasitunnuste järgi

Sõltuvalt reageerivate ainete agregatsiooni olekust eristatakse järgmisi reaktsioone:

1. Gaasireaktsioonid

H2 + Cl2		2 HCl.

2. Reaktsioonid lahustes

NaOH (p-p) + Hcl (p-p) \u003d NaCl (p-p) + H2O (l)

3. Tahkete ainete vahelised reaktsioonid

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

Reaktsioonide klassifikatsioon faaside arvu järgi.

Faasi all mõistetakse süsteemi homogeensete osade kogumit, millel on samad füüsikalised ja keemilised omadused ja mis on üksteisest liidesega eraldatud.

Sellest vaatenurgast võib kogu reaktsioonide mitmekesisuse jagada kahte klassi:

1. Homogeensed (ühefaasilised) reaktsioonid. Nende hulka kuuluvad gaasifaasis toimuvad reaktsioonid ja mitmed lahustes toimuvad reaktsioonid.

2. Heterogeensed (mitmefaasilised) reaktsioonid. Nende hulka kuuluvad reaktsioonid, milles reagendid ja reaktsiooniproduktid on erinevates faasides. Näiteks:

gaasi-vedeliku faasi reaktsioonid

CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHC03 (p-p).

gaasi-tahkefaasi reaktsioonid

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

vedeliku-tahke faasi reaktsioonid

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

vedel-gaas-tahkefaas reaktsioonid

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

Reaktsioonide klassifikatsioon kantavate osakeste tüübi järgi

1. Protolüütilised reaktsioonid.

To protolüütilised reaktsioonid hõlmavad keemilisi protsesse, mille põhiolemus on prootoni ülekandmine ühelt reagendilt teisele.

See klassifikatsioon põhineb hapete ja aluste protolüütilisel teoorial, mille kohaselt hape on mis tahes aine, mis loovutab prootoni, ja alus on aine, mis suudab prootonit vastu võtta, näiteks:

Protolüütilised reaktsioonid hõlmavad neutraliseerimis- ja hüdrolüüsireaktsioone.

2. Redoksreaktsioonid.

Nende hulka kuuluvad reaktsioonid, mille käigus reagendid vahetavad elektrone, muutes samal ajal reagendid moodustavate elementide aatomite oksüdatsiooniastet. Näiteks:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H2,

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

Valdav enamus keemilistest reaktsioonidest on redoksreaktsioonid, neil on äärmiselt oluline roll.

3. Ligandi vahetusreaktsioonid.

Nende hulka kuuluvad reaktsioonid, mille käigus kantakse üle elektronpaar ja moodustub kovalentne side doonor-aktseptormehhanismi abil. Näiteks:

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

Fe + 5CO = ,

Al(OH)3 + NaOH = .

Ligandivahetusreaktsioonide iseloomulik tunnus on see, et uute ühendite, mida nimetatakse kompleksseteks, moodustumine toimub oksüdatsiooniastet muutmata.

4. Aatomi-molekulaarse vahetuse reaktsioonid.

Seda tüüpi reaktsioonid hõlmavad paljusid orgaanilises keemias uuritud asendusreaktsioone, mis kulgevad radikaalse, elektrofiilse või nukleofiilse mehhanismi järgi.

Pöörduvad ja pöördumatud keemilised reaktsioonid

Pööratavad on sellised keemilised protsessid, mille produktid on võimelised üksteisega reageerima samadel tingimustel, milles need saadakse, moodustades lähteaineid.

Pööratavate reaktsioonide korral kirjutatakse võrrand tavaliselt järgmiselt:

Kaks vastassuunalist noolt näitavad, et samadel tingimustel toimuvad nii edasi- kui ka vastupidised reaktsioonid samaaegselt, näiteks:

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

Pöördumatud on sellised keemilised protsessid, mille produktid ei suuda omavahel reageerida lähteainete tekkega. Pöördumatute reaktsioonide näideteks on Bertolet' soola lagunemine kuumutamisel:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2,

või glükoosi oksüdeerimine õhuhapnikuga:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O.

Keemilisi reaktsioone tuleks eristada tuumareaktsioonidest. Keemiliste reaktsioonide tulemusena ei muutu iga keemilise elemendi aatomite koguarv ja selle isotoopkoostis. Tuumareaktsioonid on teine ​​​​asi - aatomituumade muundumisprotsessid nende interaktsiooni tulemusena teiste tuumade või elementaarosakestega, näiteks alumiiniumi muundumine magneesiumiks:

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

Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon on mitmetahuline, see tähendab, et see võib põhineda erinevatel märkidel. Kuid kõigi nende märkide all võib omistada nii anorgaaniliste kui ka orgaaniliste ainete vahelisi reaktsioone.

Mõelge keemiliste reaktsioonide klassifitseerimisele erinevate kriteeriumide järgi.

I. Vastavalt reaktiivide arvule ja koostisele

Reaktsioonid, mis toimuvad ainete koostist muutmata.

Anorgaanilises keemias hõlmavad sellised reaktsioonid ühe keemilise elemendi allotroopsete modifikatsioonide saamise protsesse, näiteks:

C (grafiit) ↔ C (teemant)
S (rombiline) ↔ S (monokliiniline)
R (valge) ↔ R (punane)
Sn (valge tina) ↔ Sn (hall tina)
3O 2 (hapnik) ↔ 2O 3 (osoon)

Orgaanilises keemias võivad seda tüüpi reaktsioonid hõlmata isomerisatsioonireaktsioone, mis toimuvad muutmata mitte ainult ainete molekulide kvalitatiivset, vaid ka kvantitatiivset koostist, näiteks:

1. Alkaanide isomerisatsioon.

Alkaanide isomeerimisreaktsioonil on suur praktiline tähtsus, kuna isostruktuuri süsivesinikel on väiksem detonatsioonivõime.

2. Alkeenide isomerisatsioon.

3. Alküünide isomerisatsioon (A. E. Favorsky reaktsioon).

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

etüülatsetüleen dimetüülatsetüleen

4. Haloalkaanide isomerisatsioon (A. E. Favorsky, 1907).

5. Ammooniumtsüaniidi isomerisatsioon kuumutamisel.

Esimest korda sünteesis karbamiidi F. Wehler 1828. aastal ammooniumtsüanaadi isomeerimisel kuumutamisel.

Reaktsioonid, mis kaasnevad aine koostise muutumisega

Selliseid reaktsioone on nelja tüüpi: ühendid, lagunemised, asendused ja vahetused.

1. Ühendusreaktsioonid on sellised reaktsioonid, mille käigus kahest või enamast ainest moodustub üks kompleksaine

Anorgaanilises keemias võib vaadelda mitmesuguseid ühendreaktsioone, kasutades näiteks väävlist väävelhappe saamise reaktsioonide näidet:

1. Vääveloksiidi (IV) saamine:

S + O 2 \u003d SO - kahest lihtsast ainest moodustub üks kompleksaine.

2. Vääveloksiidi (VI) saamine:

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - liht- ja kompleksainest tekib üks kompleksaine.

3. Väävelhappe saamine:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - kahest kompleksainest moodustub üks kompleks.

Näide liitreaktsioonist, kus üks kompleksaine moodustub rohkem kui kahest lähteainest, on lämmastikhappe tootmise viimane etapp:

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

Orgaanilises keemias nimetatakse ühendreaktsioone tavaliselt "liitumisreaktsioonideks". Selliste reaktsioonide mitmekesisust võib vaadelda küllastumata ainete, näiteks etüleeni omadusi iseloomustavate reaktsioonide ploki näitel:

1. Hüdrogeenimisreaktsioon – vesiniku lisamine:

CH2 \u003d CH2 + H2 → H3-CH3

eteen → etaan

2. Hüdratatsioonireaktsioon – vee lisamine.

3. Polümerisatsioonireaktsioon.

2. Lagunemisreaktsioonid on sellised reaktsioonid, mille käigus ühest kompleksainest tekib mitu uut ainet.

Anorgaanilises keemias võib laboratoorsete meetoditega hapniku saamiseks vajalike reaktsioonide plokis arvesse võtta mitmesuguseid selliseid reaktsioone:

1. Elavhõbe(II)oksiidi lagunemine - ühest kompleksainest tekib kaks lihtsat.

2. Kaaliumnitraadi lagunemine - ühest kompleksainest tekib üks liht- ja üks kompleks.

3. Kaaliumpermanganaadi lagunemine - ühest kompleksainest tekib kaks kompleksset ja üks lihtainet ehk kolm uut ainet.

Orgaanilises keemias võib laboris ja tööstuses etüleeni tootmise reaktsioonide plokis arvestada lagunemisreaktsioonidega:

1. Etanooli dehüdratsiooni (vee jagamise) reaktsioon:

C 2 H 5 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2. Etaani dehüdrogeenimisreaktsioon (vesiniku lõhustamine):

CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2

või CH3-CH3 → 2C + ZH2

3. Propaani pragunemisreaktsioon (jagunemine):

CH3-CH2-CH3 → CH2 \u003d CH2 + CH4

3. Asendusreaktsioonid on sellised reaktsioonid, mille tulemusena asendavad lihtaine aatomid elemendi aatomeid kompleksaines.

Anorgaanilises keemias on selliste protsesside näideteks reaktsioonide plokk, mis iseloomustab näiteks metallide omadusi:

1. Leelis- või leelismuldmetallide koostoime veega:

2Na + 2H2O \u003d 2NaOH + H2

2. Metallide interaktsioon lahuses olevate hapetega:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

3. Metallide ja soolade koostoime lahuses:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. Metalthermy:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr

Orgaanilise keemia uurimisobjekt ei ole lihtained, vaid ainult ühendid. Seetõttu toome asendusreaktsiooni näitena küllastunud ühendite, eelkõige metaani kõige iseloomulikuma omaduse, selle vesinikuaatomite võime asendada halogeeniaatomitega. Teine näide on aromaatse ühendi (benseen, tolueen, aniliin) broomimine.

C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr

benseen → bromobenseen

Pöörame tähelepanu orgaanilistes ainetes toimuva asendusreaktsiooni eripärale: selliste reaktsioonide tulemusena ei moodustu mitte lihtne ja keeruline aine, nagu anorgaanilises keemias, vaid kaks keerulist ainet.

Orgaanilises keemias hõlmavad asendusreaktsioonid ka mõningaid reaktsioone kahe kompleksse aine vahel, näiteks benseeni nitreerimist. See on formaalselt vahetusreaktsioon. Asjaolu, et tegemist on asendusreaktsiooniga, saab selgeks alles selle mehhanismi arvesse võttes.

4. Vahetusreaktsioonid on sellised reaktsioonid, mille käigus kaks keerulist ainet vahetavad oma koostisosi

Need reaktsioonid iseloomustavad elektrolüütide omadusi ja kulgevad lahustes Berthollet' reegli järgi, st ainult siis, kui selle tulemusena tekib sade, gaas või vähedissotsieeruv aine (näiteks H 2 O).

Anorgaanilises keemias võib see olla reaktsioonide plokk, mis iseloomustab näiteks leeliste omadusi:

1. Neutraliseerimisreaktsioon, mis toimub soola ja vee moodustumisega.

2. Leelise ja soola vaheline reaktsioon, mis kaasneb gaasi moodustumisega.

3. Leelise ja soola reaktsioon, millega kaasneb sademe moodustumine:

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

või ioonsel kujul:

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

Orgaanilises keemias võib käsitleda reaktsioonide plokki, mis iseloomustavad näiteks äädikhappe omadusi:

1. Reaktsioon, mis kulgeb nõrga elektrolüüdi - H 2 O moodustumisega:

CH 3COOH + NaOH → Na (CH3COO) + H 2 O

2. Reaktsioon, mis toimub gaasi moodustumisega:

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

3. Reaktsioon, mis kulgeb sademe moodustumisega:

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. Aineid moodustavate keemiliste elementide oksüdatsiooniastet muutes

Selle põhjal eristatakse järgmisi reaktsioone:

1. Reaktsioonid, mis tekivad elementide oksüdatsiooniastmete muutumisel ehk redoksreaktsioonid.

Nende hulka kuuluvad paljud reaktsioonid, sealhulgas kõik asendusreaktsioonid, samuti need kombinatsiooni- ja lagunemisreaktsioonid, milles osaleb vähemalt üks lihtne aine, näiteks:

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

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

Komplekssed redoksreaktsioonid koostatakse elektronide tasakaalu meetodil.

2KMn +7O4 + 16HCl - \u003d 2KCl - + 2Mn +2Cl -2 + 5Cl02 + 8H2O

Orgaanilises keemias võivad aldehüüdide omadused olla redoksreaktsioonide silmatorkav näide.

1. Need taandatakse vastavateks alkoholideks:

Aldetsiidid oksüdeeritakse vastavateks hapeteks:

2. Reaktsioonid, mis toimuvad keemiliste elementide oksüdatsiooniastmeid muutmata.

Nende hulka kuuluvad näiteks kõik ioonivahetusreaktsioonid, aga ka paljud ühendreaktsioonid, paljud lagunemisreaktsioonid, esterdamisreaktsioonid:

HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O

III. Termilise efekti järgi

Termilise efekti järgi jagunevad reaktsioonid eksotermilisteks ja endotermilisteks.

1. Eksotermilised reaktsioonid kulgevad energia vabanemisega.

Nende hulka kuuluvad peaaegu kõik ühendi reaktsioonid. Harv erand on lämmastikoksiidi (II) sünteesi endotermilised reaktsioonid lämmastikust ja hapnikust ning gaasilise vesiniku reaktsioon tahke joodiga.

Eksotermilisi reaktsioone, mis kulgevad koos valguse vabanemisega, nimetatakse põlemisreaktsioonideks. Etüleeni hüdrogeenimine on eksotermilise reaktsiooni näide. See töötab toatemperatuuril.

2. Endotermilised reaktsioonid kulgevad energia neeldumisega.

Ilmselt kehtivad neile peaaegu kõik lagunemisreaktsioonid, näiteks:

1. Lubjakivi kaltsineerimine

2. Butaani pragunemine

Reaktsiooni tulemusena vabanenud või neeldunud energiahulka nimetatakse reaktsiooni termiliseks efektiks ja seda efekti näitavat keemilise reaktsiooni võrrandit nimetatakse termokeemiliseks võrrandiks:

H2 (g) + C 12 (g) \u003d 2HC 1 (g) + 92,3 kJ

N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g) - 90,4 kJ

IV. Vastavalt reageerivate ainete agregatsiooni olekule (faasiline koostis)

Vastavalt reageerivate ainete agregatsiooni olekule eristatakse:

1. Heterogeensed reaktsioonid - reaktsioonid, mille käigus reageerivad ained ja reaktsiooniproduktid on erinevates agregatsiooniseisundites (erinevates faasides).

2. Homogeensed reaktsioonid - reaktsioonid, mille käigus reageerivad ained ja reaktsiooniproduktid on samas agregatsiooniseisundis (ühes faasis).

V. Vastavalt katalüsaatori osalemisele

Vastavalt katalüsaatori osalemisele on:

1. Mittekatalüütilised reaktsioonid, mis toimuvad ilma katalüsaatori osaluseta.

2. Katalüsaatori osalusel toimuvad katalüütilised reaktsioonid. Kuna kõik elusorganismide rakkudes toimuvad biokeemilised reaktsioonid kulgevad spetsiaalsete valguloomuliste bioloogiliste katalüsaatorite - ensüümide - osalusel, on need kõik katalüütilised või täpsemalt ensümaatilised. Tuleb märkida, et enam kui 70% keemiatööstusest kasutab katalüsaatoreid.

VI. suunas

Suuna järgi on:

1. Pöördumatud reaktsioonid kulgevad antud tingimustes ainult ühes suunas. Nende hulka kuuluvad kõik vahetusreaktsioonid, millega kaasneb sademe, gaasi või vähedissotsieeruva aine (vee) moodustumine, ja kõik põlemisreaktsioonid.

2. Nendes tingimustes toimuvad pöörduvad reaktsioonid samaaegselt kahes vastassuunas. Enamik neist reaktsioonidest on.

Orgaanilises keemias peegeldub pöörduvuse märk protsesside nimedes - antonüümides:

Hüdrogeenimine - dehüdrogeenimine,

Hüdratsioon - dehüdratsioon,

Polümerisatsioon - depolümerisatsioon.

Kõik esterdamisreaktsioonid on pöörduvad (vastast protsessi, nagu teate, nimetatakse hüdrolüüsiks) ja valkude, estrite, süsivesikute, polünukleotiidide hüdrolüüs. Nende protsesside pöörduvus on elusorganismi kõige olulisema omaduse – ainevahetuse – aluseks.

VII. Voolumehhanismi järgi on olemas:

1. Reaktsiooni käigus tekkinud radikaalide ja molekulide vahel toimuvad radikaalreaktsioonid.

Nagu te juba teate, katkevad kõigis reaktsioonides vanad keemilised sidemed ja tekivad uued keemilised sidemed. Lähteaine molekulides oleva sideme katkestamise meetod määrab reaktsiooni mehhanismi (tee). Kui aine moodustub kovalentse sidemega, võib selle sideme katkestamiseks olla kaks võimalust: hemolüütiline ja heterolüütiline. Näiteks Cl 2, CH 4 jne molekulide puhul toimub sidemete hemolüütiline purunemine, mis põhjustab paaritute elektronidega osakeste, st vabade radikaalide moodustumist.

Kõige sagedamini tekivad radikaalid sidemete katkemisel, milles jagatud elektronpaarid on aatomite vahel jaotunud ligikaudu võrdselt (mittepolaarne kovalentne side), kuid paljusid polaarseid sidemeid saab ka sarnasel viisil lõhkuda, eriti kui reaktsioon toimub gaasifaasis ja valguse mõjul , nagu näiteks eespool käsitletud protsesside puhul - C 12 ja CH 4 - vastastikmõju. Radikaalid on väga reaktsioonivõimelised, kuna kipuvad oma elektronkihti täiendama, võttes elektroni teiselt aatomilt või molekulilt. Näiteks kui klooriradikaal põrkab kokku vesiniku molekuliga, lõhub see jagatud elektronpaari, mis seob vesinikuaatomeid ja moodustab kovalentse sideme ühe vesinikuaatomiga. Teine vesinikuaatom, muutudes radikaaliks, moodustab kokkuvarisevast Cl 2 molekulist pärit klooriaatomi paaritu elektroniga ühise elektronpaari, mille tulemusena tekib klooriradikaal, mis ründab uut vesiniku molekuli jne.

Reaktsioone, mis on järjestikuste teisenduste ahel, nimetatakse ahelreaktsioonideks. Ahelreaktsioonide teooria arendamise eest pälvisid Nobeli preemia kaks silmapaistvat keemikut - meie kaasmaalane N. N. Semenov ja inglane S. A. Hinshelwood.
Kloori ja metaani vaheline asendusreaktsioon kulgeb sarnaselt:

Enamik orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete põlemisreaktsioone, vee, ammoniaagi süntees, etüleeni, vinüülkloriidi jt polümerisatsioon kulgeb radikaalse mehhanismi järgi.

2. Ioonreaktsioonid toimuvad juba olemasolevate või reaktsiooni käigus tekkinud ioonide vahel.

Tüüpilised ioonreaktsioonid on interaktsioonid lahuses olevate elektrolüütide vahel. Ioonid ei moodustu mitte ainult elektrolüütide dissotsiatsioonil lahustes, vaid ka elektrilahenduste, kuumutamise või kiirguse toimel. y-kiired muudavad näiteks vee ja metaani molekulid molekulaarseteks ioonideks.

Teise ioonmehhanismi kohaselt toimuvad vesinikhalogeniidide, vesiniku, halogeenide alkeenidele lisamise reaktsioonid, alkoholide oksüdatsioon ja dehüdratsioon, alkoholi hüdroksüülrühma asendamine halogeeniga; aldehüüdide ja hapete omadusi iseloomustavad reaktsioonid. Ioonid tekivad sel juhul kovalentsete polaarsete sidemete heterolüütilise katkemise teel.

VIII. Vastavalt energia tüübile

reaktsiooni käivitamisel on:

1. Fotokeemilised reaktsioonid. Neid käivitab valgusenergia. Lisaks ülaltoodud HCl sünteesi fotokeemilistele protsessidele või metaani reaktsioonile klooriga hõlmavad need osooni kui sekundaarse atmosfääri saasteaine tootmist troposfääris. Sel juhul toimib primaarsena lämmastikoksiid (IV), mis moodustab valguse toimel hapnikuradikaale. Need radikaalid interakteeruvad hapniku molekulidega, mille tulemuseks on osoon.

Osooni moodustumine jätkub seni, kuni on piisavalt valgust, kuna NO võib suhelda hapniku molekulidega, moodustades sama NO 2 . Osooni ja muude sekundaarsete õhusaasteainete kogunemine võib põhjustada fotokeemilist sudu.

Seda tüüpi reaktsioon hõlmab ka kõige olulisemat taimerakkudes toimuvat protsessi – fotosünteesi, mille nimi räägib enda eest.

2. Kiirgusreaktsioonid. Neid käivitab suure energiaga kiirgus – röntgenikiirgus, tuumakiirgus (γ-kiired, a-osakesed – He 2+ jne). Kiirgusreaktsioonide abil viiakse läbi väga kiire radiopolümerisatsioon, radiolüüs (kiirguse lagunemine) jne.

Näiteks benseenist kaheetapilise fenooli tootmise asemel saab seda saada benseeni interaktsioonil veega kiirguse toimel. Sel juhul moodustuvad veemolekulidest radikaalid [OH] ja [H], millega benseen reageerib, moodustades fenooli:

C6H6 + 2 [OH] → C6H5OH + H2O

Kummi vulkaniseerimist saab läbi viia ilma väävlita, kasutades radiovulkaniseerimist ja saadud kumm ei ole halvem kui traditsiooniline kumm.

3. Elektrokeemilised reaktsioonid. Neid käivitab elektrivool. Lisaks teile hästi tuntud elektrolüüsireaktsioonidele toome välja ka elektrosünteesi reaktsioonid, näiteks anorgaaniliste oksüdeerijate tööstusliku tootmise reaktsioonid.

4. Termokeemilised reaktsioonid. Neid käivitab soojusenergia. Nende hulka kuuluvad kõik endotermilised reaktsioonid ja paljud eksotermilised reaktsioonid, mis nõuavad esialgset soojusvarustust, st protsessi käivitamist.

Ülaltoodud keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon kajastub diagrammil.

Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon, nagu ka kõik teised klassifikatsioonid, on tingimuslik. Teadlased nõustusid jagama reaktsioonid teatud tüüpideks vastavalt tuvastatud tunnustele. Kuid enamikku keemilisi muundumisi võib seostada erinevate tüüpidega. Näiteks iseloomustame ammoniaagi sünteesi protsessi.

See on ühendreaktsioon, redoks-, eksotermiline, pöörduv, katalüütiline, heterogeenne (täpsemalt heterogeenne katalüütiline), mis toimub süsteemi rõhu langusega. Protsessi edukaks juhtimiseks tuleb arvestada kogu ülaltoodud teabega. Konkreetne keemiline reaktsioon on alati multikvalitatiivne, seda iseloomustavad erinevad tunnused.

Ivanovo piirkonna haridusosakond

Piirkondlik riigieelarveline kutseõppeasutus

Lõuna tehnoloogiakolledž

METOODILINE ARENG

KEEMIA AVATUD TUND

Teema kohta:

« Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon»

Lektor: Vdovin Yu.A.

Noh:ma

Rühm: 39-40

Yuzha - 2017

Tunni teema:	Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon
Tunni eesmärgid:	Laiendada ja süvendada teadmisi keemiliste reaktsioonide kohta, võrrelda neid teist tüüpi nähtustega. Õppige esile tõstma olulisi tunnuseid, mida saab kasutada keemiliste reaktsioonide klassifitseerimisel. Mõelge keemiliste reaktsioonide klassifitseerimisele erinevate kriteeriumide järgi.
Tunni eesmärgid:	1. Hariduslik - süstematiseerida, üldistada ja süvendada õpilaste teadmisi keemilistest reaktsioonidest ja nende liigitusest, arendada iseseisva töö oskusi, reaktsioonivõrrandite kirjutamise ja koefitsientide seadmise oskust, reaktsiooniliikide märkimist, järelduste ja üldistuste tegemist. 2. Arendav - kõnekultuuri arendamine keemiliste terminite ja valemite abil, kognitiivsete võimete, mõtlemise, tähelepanu arendamine. 3. Hariduslik – iseseisvuse, sihikindluse, tähelepanelikkuse, sallivuse kasvatamine.
Tunni tüüp:	Kombineeritud
Seadmed ja reaktiivid:	Reaktiivid: Ammooniumnitraat, naatriumhüdroksiid, ammooniumhüdroksiid, vask(II)sulfaat, naatriumkarbonaat, vesinikkloriidhape, kaaliumheksatsüanoferraat (III), raud(III)kloriid, kaaliumpermanganaat, väävelhape, etanool. Varustus: Katseklaasid, pudelid lahustega, pipetid, alused, Petri tass, portselanist aurustusnõu, klaaspulk, vatt, metallalus.
Õppemeetodid	Verbaalne (vestlus, selgitus) Probleemõppe meetodid, laborikogemus.
Töö vormid:	individuaalne, frontaalne.

Tunniplaan:

Tundide ajal:

1. Organisatsioonihetk (1 min)

Tervitus;

B) ettevaatusabinõud;

2. Motivatsioon (2 min)

Sissejuhatus:

Meid ümbritsevas maailmas toimub tohutult palju reaktsioone. Siin me lihtsalt istume, seisame, läheme kuhugi ja igas meie keharakus toimub igal sekundil kümneid ja sadu tuhandeid ühe aine muundumisi teiseks.

Peaaegu sama hea kui elusorganism ja elutu aine. Kuskil praegu, just sel hetkel, toimub keemiline tsükkel: ühed molekulid kaovad, teised tekivad ja need protsessid ei peatu kunagi.

Kui need kõik äkki lakkaksid, jääks maailm vaikseks. Kuidas pidada silmas keemiliste protsesside mitmekesisust, kuidas nendes praktiliselt orienteeruda? Kuidas õnnestub bioloogidel elusorganismide mitmekesisuses navigeerida? (probleemse olukorra tekitamine).

Soovitatav vastus: Igas teaduses kasutatakse klassifitseerimistehnikat, mis võimaldab jagada kogu objektide komplekti ühiste tunnuste järgi rühmadesse.

Sõnastame tunni teema: Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon.

Igal õppetunnil peavad olema eesmärgid.

Sõnastame tänase tunni eesmärgid?

Mida peaksime arvestama?

Mida tasub õppida?

Kaaluge keemiliste reaktsioonide võimalikke klassifikatsioone.

Õppige esile tõstma märke, mille järgi reaktsioone klassifitseeritakse.

Mis kasu on keemiliste reaktsioonide klassifitseerimisest?

Soovitatud vastus: See aitab üldistada, struktureerida teadmisi keemiliste protsesside kohta, tuua esile midagi ühist ja ennustada olemasolevate teadmiste põhjal veel midagi tundmatut, kuid teadaolevaga sarnast.

Ja kus saab teie praktikas rakendada teadmisi keemiliste reaktsioonide klassifikatsioonist?

Soovitatud vastus: mõned keemiliste reaktsioonide klassid võivad meile praktilises tegevuses kasulikud olla. Näiteks teie jaoks nii oluline nähtus nagu galvaniseerimine põhineb redoksprotsessidel. Arvan, et mõiste "galvaanilised rakud" on teile valusalt tuttav!

Lisaks võivad selle protsessi juhtimisel aidata teadmised protsessi keemilise reaktsiooni klassist.

3. Teadmiste aktualiseerimine (6 min)

A) Ülesanne kaartidega füüsikaliste protsesside ja keemiliste reaktsioonide erinevusest (2 min).

Ülesande sooritab õpilane magnettahvlil ja paralleelselt rühmaesitlusega.

Heitke pilk nendele teile kõigile teadaolevatele nähtustele. Jagage need rühmadesse. Nimetage rühmad ja määratlege iga rühm.

B) Ohutusmeetmete kordamine

Laboratoorsete katsete läbiviimine (3 min)

Ja kuidas me saame teada, et meil on käimas keemiline reaktsioon?

Soovitatud vastus nr 1: kriteeriumid.

Soovitatud vastus #2: Sademed, gaasi eraldumine jne.

Ja nüüd soovitan teil sukelduda empiirilisuse õhkkonda ja olla eksperimenteerija. Teie ees on katseklaasid ja pudelid reaktiividega. Töövaldkonnas ülesandes nr 2 on ära toodud kogemuse meetodid. Tehke need katsed. Kirjutage oma katsete tulemused tabelisse “Keemiliste reaktsioonide tunnused”.

	Lekke märk	Reaktsiooniskeem
	Lõhna välimus
	Sademed
	Sademe lahustumine
	Gaasi evolutsioon
	Värvimuutus
	valguse emissioon
	Valik või soojuse neeldumine

4 . Uue materjali õppimine (15 min)

Oleme näinud, et keemiliste reaktsioonidega kaasnevad sageli mõjud. Mõningaid sarnaseid efekte võetakse erinevat tüüpi klassifitseerimise aluseks ...

Jah, keemilisi reaktsioone liigitatakse eri tüüpidesse, seega saab sama keemilist reaktsiooni käsitleda ja klassifitseerida erineval viisil.

A) Klassifikatsioon reaktiivide ja nende toodete arvu ja koostise järgi:

Ühendused

laiendused

Asendused

Üks slaid näitab keemiliste reaktsioonide näiteid.

Poisid võrdlevad reaktsioonivõrrandeid ja koostavad selle võrdleva analüüsi põhjal klasside määratlusi. Sama juhtub ka teiste tüüpidega.

B) Termilise efekti järgi

eksotermiline

Endotermiline

B) Oksüdatsiooniastet muutes

redoks

Oksüdatsiooniaste ei muutu

D) Faasi koostise järgi

homogeenne

Heterogeenne

D) Katalüsaatori kasutamise kohta

katalüütiline

Mittekatalüütiline

E) Suund:

pööratav

ei ole pöörduv

5. Teadmiste rakendamine ja kinnistamine (15 min)

Ja nüüd on aeg oma teadmisi rakendada.

Poisid täidavad töövaldkonna ülesandeid 3-5.

3. Kleepige soovitud määratlus iga keemiliste reaktsioonide klassiga seotud termini vastas.

Ühenduse reaktsioonid	Reaktsioonid, mille käigus kaks või enam ainet moodustavad ühe ühendi
Lagunemisreaktsioonid	Reaktsioonid, mille käigus moodustub kompleksainest mitu uut ainet.
Asendusreaktsioonid	Reaktsioonid, mille käigus lihtaine aatomid asendavad kompleksaine ühe elemendi aatomeid.
Vahetusreaktsioonid	Reaktsioonid, mille käigus kaks ühendit vahetavad oma koostisosi.
eksotermilised reaktsioonid	Reaktsioonid, mis kulgevad soojuse vabanemisega.
Endotermilised reaktsioonid	Reaktsioonid, mis kulgevad soojuse neeldumisega.
katalüütilised reaktsioonid	Reaktsioonid, mis toimuvad katalüsaatori osalusel.
Mittekatalüütilised reaktsioonid	Reaktsioonid, mis toimuvad ilma katalüsaatorita.
redoks	Reaktsioonid, mis tekivad reaktsioonis osalevaid aineid moodustavate elementide oksüdatsiooniastme muutumisel.
Pöörduvad reaktsioonid	Keemilised reaktsioonid, mis toimuvad samaaegselt kahes vastassuunas – edasi ja tagasi.
pöördumatud reaktsioonid	Keemilised reaktsioonid, mille tulemusena muutuvad algained peaaegu täielikult lõppsaadusteks.
Homogeensed reaktsioonid	Reaktsioonid, mis toimuvad homogeenses keskkonnas, näiteks gaaside või lahuste segus.
heterogeensed reaktsioonid	Reaktsioonid, mis toimuvad ainete vahel heterogeenses keskkonnas.

Töö kontrollimine toimub esitlusslaidil.

4. Seostage keemilised reaktsioonid nende klassiga:

Ühenduse reaktsioonid
Lagunemisreaktsioonid
Asendusreaktsioonid
Vahetusreaktsioonid
eksotermilised reaktsioonid

Keemilised reaktsioonid (keemilised nähtused)- need on protsessid, mille tulemusena moodustuvad mõnest ainest teised, mis erinevad koostise või struktuuri poolest algsetest. Keemiliste reaktsioonide käigus ei toimu ühe või teise elemendi aatomite arvu muutust, isotoopide vastastikust muundumist.

Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon on mitmetahuline, see võib põhineda erinevatel tunnustel: reagentide ja reaktsioonisaaduste arv ja koostis, termiline efekt, pöörduvus jne.

I. Reaktsioonide klassifikatsioon reagentide arvu ja koostise järgi

A. Aine kvalitatiivset koostist muutmata toimuvad reaktsioonid . Need on arvukad lihtainete allotroopsed muundumised (näiteks hapnik ↔ osoon (3O 2 ↔ 2O 3), valge tina ↔ hall tina); üleminek mõne tahke aine temperatuuri muutumisega ühest kristalsest olekust teise - polümorfsed teisendused(näiteks elavhõbe(II)jodiidi punased kristallid muutuvad kuumutamisel sama koostisega kollaseks aineks, jahutamisel toimub vastupidine protsess); isomeerimisreaktsioonid (näiteks NH 4 OCN ↔ (NH 2) 2 CO) jne.

B. Reaktsioonid, mis tekivad reagentide koostise muutumisel.

Ühenduse reaktsioonid Reaktsioonid, mille käigus kaks või enam lähteainet moodustavad ühe uue ühendi. Lähteained võivad olla nii lihtsad kui ka keerulised, näiteks:

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5; 4NO 2 + O 2 + 2H 2O \u003d 4HNO3; CaO + H2O \u003d Ca (OH) 2.

Lagunemisreaktsioonid on reaktsioonid, mille käigus ühest algsest kompleksainest moodustub kaks või enam uut ainet. Seda tüüpi reaktsioonides tekkivad ained võivad olla nii lihtsad kui ka keerulised, näiteks:

2HI \u003d H2 + I 2; CaCO 3 \u003d CaO + CO 2; (CuOH) 2 CO 3 \u003d CuO + H 2 O + CO 2.

Asendusreaktsioonid- Need on protsessid, mille käigus lihtaine aatomid asendavad kompleksaines elemendi aatomeid. Kuna asendusreaktsioonides osaleb ühe reagendina tingimata lihtne aine, on peaaegu kõik seda tüüpi transformatsioonid redoks-reaktsioonid, näiteks:

Zn + H2SO4 \u003d H2 + ZnSO4; 2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3; H2S + Br2 \u003d 2HBr + S.

Vahetusreaktsioonid on reaktsioonid, mille käigus kaks ühendit vahetavad oma koostisosi. Vahetusreaktsioonid võivad toimuda otse kahe reagendi vahel ilma lahusti osaluseta, näiteks: H 2 SO 4 + 2KOH \u003d K 2 SO 4 + 2H 2 O; SiO 2 (tv) + 4HF (g) \u003d SiF 4 + 2H 2O.

Elektrolüütide lahustes toimuvaid vahetusreaktsioone nimetatakse ioonivahetusreaktsioonid. Sellised reaktsioonid on võimalikud ainult siis, kui üks moodustunud ainetest on nõrk elektrolüüt, eraldub reaktsioonisfäärist gaasi või halvasti lahustuva aine kujul (Berthollet' reegel):

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

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

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

II. Reaktsioonide klassifitseerimine termilise efekti järgi

AGA. Reaktsioonid soojusenergia vabanemisega –eksotermilised reaktsioonid (+ Q).

B. Reaktsioonid, mis kulgevad soojuse neeldumisega –endotermilised reaktsioonid (-Q).

termiline efekt Reaktsioon viitab soojushulgale, mis eraldub või neeldub keemilise reaktsiooni tulemusena. Nimetatakse reaktsioonivõrrandit, milles on näidatud selle termiline efekt termokeemiline. Reaktsiooni soojusefekti väärtus on mugav anda ühe reaktsioonis osaleja 1 mooli kohta, seetõttu võib termokeemilistes võrrandites sageli leida murdosa koefitsiente:

1/2N2 (g) + 3/2H2 (g) = NH3 (g) + 46,2 kJ/mol.

Eksotermilised on kõik põlemisreaktsioonid, valdav enamus oksüdatsiooni- ja kombinatsioonreaktsioonidest. Lagunemisreaktsioonid nõuavad tavaliselt energiat.

2. loeng

Keemilised reaktsioonid. Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon.

Redoksreaktsioonid

Omavahel interakteeruvad ained läbivad mitmesuguseid muutusi ja transformatsioone. Näiteks süsi põleb, moodustades süsihappegaasi. Berüllium muutub õhuhapnikuga suhtlemisel berülliumoksiidiks.

Keemilisteks nimetatakse nähtusi, mille käigus ühed ained muunduvad teisteks, mis erinevad algsest koostise ja omaduste poolest ning samal ajal ei muutu aatomituumade koostis. Raua oksüdeerimine, põlemine, metallide saamine maakidest – kõik need on keemilised nähtused.

Tuleb teha vahet keemilistel ja füüsikalistel nähtustel.

Füüsikaliste nähtuste käigus muutub aine vorm või olek või tekivad uued ained seoses aatomituumade koostise muutumisega. Näiteks kui gaasiline ammoniaak interakteerub vedela lämmastikuga, läheb ammoniaak esmalt vedelaks ja seejärel tahkeks. See ei ole keemiline, vaid füüsikaline nähtus, sest. aine koostis ei muutu. Mõned hariduseni viivad nähtused. Uued ained klassifitseeritakse füüsikalisteks. Sellised on näiteks tuumareaktsioonid, mille tulemusena tekivad ühe elemendi tuumadest teiste aatomid.

Füüsikalised nähtused, sest ja keemia on laialt levinud: elektrivoolu liikumine läbi metalljuhi, metalli sepistamine ja sulatamine, soojuse eraldumine, vee muutumine jääks või auruks. Jne.

Keemiliste nähtustega kaasnevad alati ka füüsikalised. Näiteks magneesiumi põlemisel eraldub soojust ja valgust, galvaanilises elemendis tekib keemilise reaktsiooni tulemusena elektrivool.

Vastavalt aatomi- ja molekulaarteooriale ning aine massi jäävuse seadusele moodustuvad reaktsioonis osalenud ainete aatomitest uued ained, nii lihtsad kui ka komplekssed ained ning nende aatomite koguarv. element jääb alati konstantseks.

Keemilised nähtused tekivad keemiliste reaktsioonide voolu tõttu.

Keemilised reaktsioonid klassifitseeritakse erinevate kriteeriumide järgi.

1. Soojuse eraldumise või neeldumise alusel. Reaktsioone, mis eraldavad soojust, nimetatakse eksotermilisteks. Näiteks vesinikkloriidi moodustumise reaktsioon vesinikust ja kloorist:

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

Reaktsioone, mis neelavad soojust keskkonnast, nimetatakse endotermilisteks. Näiteks lämmastikoksiidi (II) moodustumise reaktsioon lämmastikust ja hapnikust, mis toimub kõrgel temperatuuril:

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

Reaktsiooni tulemusena vabanenud või neeldunud soojushulka nimetatakse reaktsiooni termiliseks efektiks. Keemiaharu, mis uurib keemiliste reaktsioonide termilisi mõjusid, nimetatakse termokeemiaks. Sellest räägime üksikasjalikult jaotise "Keemiliste reaktsioonide energia" uurimisel.

2. Lähte- ja lõppainete arvu muutumise järgi jagunevad reaktsioonid järgmisteks tüüpideks: ühendamine, lagunemine ja vahetus .

Nimetatakse reaktsioone, mille käigus kaks või enam ainet moodustavad ühe uue aine liitreaktsioonid :

Näiteks vesinikkloriidi interaktsioon ammoniaagiga:

HCI + NH3 = NH4CI

Või magneesiumi põletamine:

2Mg + O2 = 2MgO

Nimetatakse reaktsioone, mille käigus ühest ainest tekib mitu uut ainet lagunemisreaktsioonid .

Näiteks vesinikjodiidi lagunemisreaktsioon

2HI \u003d H 2 + I 2

Või kaaliumpermanganaadi lagunemine:

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

Nimetatakse reaktsioone liht- ja kompleksainete vahel, mille tulemusena asendavad lihtaine aatomid kompleksaine ühe elemendi aatomid. asendusreaktsioonid.

Näiteks plii asendamine tsingiga plii(II)nitraadis:

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

Või broomi asendamine klooriga:

2NaBr + CI2 = 2NaCI + Br2

Nimetatakse reaktsioone, mille käigus kaks ainet vahetavad oma koostisosad kahe uue aine moodustamiseks vahetusreaktsioonid . Näiteks alumiiniumoksiidi interaktsioon väävelhappega:

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

Või kaltsiumkloriidi koostoime hõbenitraadiga:

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

3. Pöörduvuse alusel jagunevad reaktsioonid pöörduvateks ja pöördumatuteks.

4. Reagendid moodustavate aatomite oksüdatsiooniastme muutumise alusel on reaktsioonid, mis toimuvad aatomite oksüdatsiooniastet muutmata ja redoksreaktsioonid (aatomite oksüdatsiooniastme muutumisega).

Redoksreaktsioonid. Olulisemad oksüdeerivad ja redutseerivad ained. Reaktsioonide koefitsientide valimise meetodid

redoks

Kõik keemilised reaktsioonid võib jagada kahte tüüpi. Esimene tüüp hõlmab reaktsioone, mis toimuvad ilma reagendid moodustavate aatomite oksüdatsiooniastmeid muutmata.

näiteks

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H3O

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

Teine tüüp hõlmab keemilisi reaktsioone, mis toimuvad kõigi või mõne elemendi oksüdatsiooniastme muutumisel:

2KCIO 3 = 2KICI+3O2

2KBr+CI2=Br2 +2KCI

Siin muudavad esimeses reaktsioonis oma oksüdatsiooniastet kloori ja hapniku aatomid ning teises broomi ja kloori aatomid.

Reaktsioone, mis tekivad reagendid moodustavate aatomite oksüdatsiooniastme muutumisel, nimetatakse redoksreaktsioonideks.

Oksüdatsiooniastme muutus on seotud elektronide tõmbamise või liikumisega.

Redoksiteooria põhisätted

reaktsioonid:

1. Oksüdatsioon on elektronide eraldamise protsess aatomi, molekuli või iooni poolt.

AI-3e- = AI 3+ H2-2e- = 2H+

2. Taastamine on aatomile, molekulile või ioonile elektronide lisamise protsess.

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

3. Aatomeid, molekule või ioone, mis loovutavad elektrone, nimetatakse redutseerivateks aineteks. Reaktsiooni käigus need oksüdeeritakse

4.Aatomeid, molekule või ioone, mis võtavad vastu elektrone, nimetatakse oksüdeerivateks aineteks. Reaktsiooni käigus need taastatakse.

Oksüdatsiooniga kaasneb alati redutseerimine ja vastupidi, redutseerimine on alati seotud oksüdatsiooniga, mida saab väljendada võrrandiga:

Redutseerija – e – = Oksüdeeriv aine

Oksüdeerija + e - = Redutseerija

Seetõttu on redoksreaktsioonid kahe vastandliku oksüdatsiooni ja redutseerimise protsessi ühtsus.

Redutseerija poolt ära antud elektronide arv on alati võrdne oksüdeeriva ainega seotud elektronide arvuga.

Redutseerivad ained ja oksüdeerijad võivad olla nii lihtained, s.t. mis koosneb ühest elemendist või kompleksist. Tüüpilised redutseerijad on aatomid, mille välisenergia tasemel on üks kuni kolm elektroni. Sellesse rühma kuuluvad metallid. Redutseerivaid omadusi võivad avaldada ka mittemetallid, nagu vesinik, süsinik, boor jne.

Keemilistes reaktsioonides loovutavad nad elektrone vastavalt skeemile:

E - ne - \u003d E n +

Perioodidel, mil elemendi järgarv suureneb, lihtainete redutseerivad omadused vähenevad, oksüdeerivad aga suurenevad ja muutuvad halogeenide jaoks maksimaalseks. Näiteks kolmandal perioodil on naatrium kõige aktiivsem redutseerija ja kloor oksüdeerija.

Peamiste alarühmade elementides suurenevad redutseerivad omadused seerianumbri suurenemisel ja oksüdeerivad omadused nõrgenevad. Rühmade 4 - 7 peamiste alarühmade (mittemetallid) elemendid võivad elektrone nii anda kui vastu võtta, s.t. neil on redutseerivad ja oksüdeerivad omadused. Erandiks on fluor, millel on ainult oksüdeerivad omadused, kuna on kõrgeima elektronegatiivsusega. Sekundaarsete alarühmade elementidel on metalliline iseloom, sest nende aatomite välistasand sisaldab 1-2 elektroni. Seetõttu on nende lihtsad ained redutseerivad ained.

Komplekssete ainete oksüdeerivad või redutseerivad omadused sõltuvad antud elemendi aatomi oksüdatsiooniastmest.

Näiteks KMnO 4, MnO 2, MnSO 4,

Esimeses ühendis on mangaan maksimaalse oksüdatsiooniastmega ega suuda seda enam tõsta, seetõttu saab ta olla ainult oksüdeerija.

Kolmandas ühendis on mangaanil minimaalne oksüdatsiooniaste, see võib olla ainult redutseerija.

Olulisemad redutseerijad : metallid, vesinik, kivisüsi, süsinikoksiid, vesiniksulfiid, tina(II)kloriid, lämmastikhape, aldehüüdid, alkoholid, glükoos, sipelg- ja oksaalhape, vesinikkloriidhape, elektrolüüsikatood.

Olulisemad oksüdeerijad : halogeenid, kaaliumpermanganaat, kaaliumbikromaat, hapnik, osoon, vesinikperoksiid, lämmastik, väävel, seleenhapped, hüpokloritid, perkloraadid, kloraadid, aqua regia, kontsentreeritud lämmastik- ja fluoriidhapete segu, anood elektrolüüsil.

Redoksreaktsioonide võrrandite koostamine

1. Elektroonilise tasakaalu meetod. Selle meetodi puhul võrreldakse aatomite oksüdatsiooniasteid alg- ja lõppainetes, juhindudes reeglist, et redutseerija poolt ära antud elektronide arv on võrdne oksüdeeriva ainega seotud elektronide arvuga. Võrrandi koostamiseks peate teadma reagentide ja reaktsiooniproduktide valemeid. Viimased määratakse kas elementide teadaolevate omaduste põhjal või empiiriliselt.

Vase iooni moodustav vask loovutab kaks elektroni., Selle oksüdatsiooniaste tõuseb 0-lt +2-ni. Pallaadiumioon, ühendades kaks elektroni, muudab oksüdatsiooniastme +2-lt 0-le. Seetõttu on pallaadiumnitraat oksüdeeriv aine.

Kui nii algained kui ka nende vastasmõju produktid on paika pandud, taandatakse reaktsioonivõrrandi kirjutamine reeglina koefitsientide leidmisele ja järjestamisele. Koefitsiendid määratakse elektroonilise tasakaalu meetodil, kasutades elektroonilisi võrrandeid. Arvutame välja, kuidas redutseerija ja oksüdeerija muudavad oma oksüdatsiooniastet, ja kajastame seda elektroonilistes võrrandites:

Cu 0 -2e - = Cu 2+ 1

Pd +2 +2e - =Pd 0 1

Ülaltoodud elektroonilistest võrranditest on näha, et redutseerija ja oksüdeerija puhul on koefitsiendid võrdsed 1-ga.

Reaktsiooni lõppvõrrand:

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

Koostatud võrrandi õigsuse kontrollimiseks loeme aatomite arvu võrrandi paremal ja vasakul küljel. Viimane asi, mida kontrollime, on hapnik.

redutseerimisreaktsioon toimub vastavalt skeemile:

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

Lahendus Kui ülesande tingimuses on antud nii lähteained kui ka nende vastasmõju korrutised, siis reaktsioonivõrrandi kirjutamine taandub reeglina koefitsientide leidmisele ja järjestamisele. Koefitsiendid määratakse elektroonilise tasakaalu meetodil, kasutades elektroonilisi võrrandeid. Arvutame välja, kuidas redutseerija ja oksüdeerija muudavad oma oksüdatsiooniastet, ja kajastame seda elektroonilistes võrrandites:

redutseerija 5 │ Р 3+ - 2ē ═ R 5+ oksüdatsiooniprotsess

oksüdeeriv aine 2 │Mn +7 + 5 ē ═ Mn 2+ taastumisprotsess

Redutseerimisel loovutatud elektronide koguarv peab olema võrdne elektronide arvuga, mille oksüdeeriv aine lisab. Antud ja vastuvõetud elektronide väikseim ühine kordne on 10. Jagades selle arvu 5-ga, saame oksüdeerija ja selle redutseerimisprodukti teguri 2. Ainete ees olevad koefitsiendid, mille aatomid ei muuda oma oksüdatsiooniastet, leitakse valiku teel. Reaktsioonivõrrand näeb välja selline

2KМnO 4 + 5H 3 PO 3 + 3H 2 NII 4 ═2MnSO 4 + 5H 3 PO 4 + K 2 NII 4 + 3H 2 Oh

Poolreaktsiooni meetod või ioon-elektron meetod. Nagu nimi ise näitab, põhineb see meetod oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsessi ioonvõrrandite koostamisel.

Kui vesiniksulfiid lastakse läbi hapendatud kaaliumpermanganaadi lahuse, kaob karmiinpunane värvus ja lahus muutub häguseks.

Kogemused näitavad, et lahuse hägusus tekib väävli moodustumise tagajärjel:

H 2 S  S + 2H +

See skeem on võrdsustatud aatomite arvuga. Laengute arvuga võrdsustamiseks tuleb vasakult poolt lahutada kaks elektroni, mille järel saab noole asendada võrdusmärgiga

H2S - 2e - \u003d S + 2H+

See on esimene poolreaktsioon - vesiniksulfiidi redutseeriva aine oksüdatsiooniprotsess.

Lahuse värvimuutus on seotud MnO 4 - (karmiinpunane värvus) üleminekuga Mn 2+-le (heleroosa värvus). Seda saab väljendada diagrammiga

MnO 4 - Mn 2+

Happelises lahuses moodustab hapnik, mis on osa MnO 4 - koos vesinikioonidega, lõpuks vee. Seetõttu on üleminekuprotsess kirjutatud kujul

MnO4 - + 8H + Mn 2+ + 4H 2O

Noole võrdusmärgiga asendamiseks tuleb ka laengud võrdsustada. Kuna algainetel on seitse positiivset laengut ja viimasel kaks positiivset laengut, siis tuleb võrdsustingimuste täitmiseks lisada ahela vasakule küljele viis elektroni.

MnO4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H 2O

See on poolreaktsioon – oksüdeeriva aine redutseerimise protsess, s.o. permanganaadi ioon.

Üldreaktsioonivõrrandi koostamiseks on vaja liita poolreaktsioonide võrrandid termini haaval, esmalt võrdsustada antud ja vastuvõetud elektronide arv. Sel juhul määratakse vähima kordse leidmise reegli järgi vastavad tegurid, millega väljavõrrandid korrutatakse

H2S - 2e - \u003d S + 2H + 5

MnO4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H 2O 2

5H 2S + 2MnO4 - + 16H + \u003d 5S + 10H + + 2Mn 2+ + 8H 2O

Pärast 10H+ võrra vähendamist saame

5H 2S + 2MnO 4 - + 6H + \u003d 5S + 2Mn 2+ + 8H 2 O või molekulaarsel kujul

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

5H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 \u003d 5S + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Võrdleme mõlemat meetodit. Poolreaktsiooni meetodi eeliseks võrreldes elektronide tasakaalu meetodiga on see, et selles ei kasutata hüpoteetilisi, vaid reaalselt olemasolevaid ioone. Tõepoolest, lahuses ei ole Mn +7, Cr +6, S +6, S +4 ioone; MnO 4–, Cr 2 O 7 2–, CrO 4 2–, SO 4 2–. Poolreaktsiooni meetodi puhul pole vaja teada kõiki tekkinud aineid; need esinevad reaktsioonivõrrandis selle tuletamisel.

Redoksreaktsioonide klassifikatsioon

Tavaliselt on kolme tüüpi redoksreaktsioone: molekulidevahelised, intramolekulaarsed ja disproportsioonireaktsioonid .

Molekulidevahelised reaktsioonid on reaktsioonid, mille käigus oksüdeeriv aine ja redutseerija on erinevates ainetes. See hõlmab ka reaktsioone erinevate ainete vahel, kus sama elemendi aatomitel on erinevad oksüdatsiooniastmed:

2H 2S + H2SO3 \u003d 3S + 3H2O

5HCl + HCIO3 = 5CI2 + 3H20

Intramolekulaarsed reaktsioonid on sellised reaktsioonid, mille käigus oksüdeeriv aine ja redutseerija on samas aines. Sel juhul oksüdeerib positiivsema oksüdatsiooniastmega aatom madalama oksüdatsiooniastmega aatomit. Sellised reaktsioonid on keemilise lagunemise reaktsioonid. Näiteks:

2NaNO 3 \u003d 2NaNO 2 + O 2

2KCIO 3 = 2KCI + 3O 2

See hõlmab ka ainete lagunemist, mille puhul sama elemendi aatomitel on erinevad oksüdatsiooniastmed:

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

Disproportsioonireaktsioonide käiguga kaasneb sama elemendi aatomite oksüdatsiooniastme samaaegne suurenemine ja vähenemine. Sel juhul moodustab algaine ühendeid, millest üks sisaldab kõrgema ja teine ​​madalama oksüdatsiooniastmega aatomeid. Need reaktsioonid on võimalikud vahepealse oksüdatsiooniastmega ainete puhul. Näiteks on kaaliummanganaadi muundamine, mille käigus mangaani oksüdatsiooniaste on vahepealne +6 (+7 kuni +4). Selle soola lahusel on ilus tumeroheline värvus (MnO iooni värv 4 keemiline Keemiline anorgaanilise keemia eksperiment probleemõppe süsteemis Diplomitöö >> Keemia

Ülesanded" 27. Klassifikatsioon keemiline reaktsioonid. Reaktsioonid, mis lähevad ilma koostist muutmata. 28. Klassifikatsioon keemiline reaktsioonid kes lähevad...