Классификация химических реакций

Классификация химических реакций 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Выполнил: Дёмкин Денис 
 

    В качестве классификационных признаков  могут быть выбраны следующие:

    1. Число и состав исходных веществ  и продуктов реакции.

    2. Агрегатное состояние реагентов  и продуктов реакции.

    3. Число фаз, в которых находятся  участники реакции.

    4. Природа переносимых частиц.

    5. Возможность протекания реакции  в прямом и обратном направлении.

    6. Тепловой эффект.

    7. Явление катализа.

Классификация по числу и составу  исходных веществ  и продуктов реакции.

Реакции соединения.

    При реакциях соединения из нескольких реагирующих  веществ относительно простого состава  получается одно вещество более сложного состава:

    A + B + C = D

    Как правило, эти реакции сопровождаются выделением тепла, т.е. приводят к образованию  более устойчивых и менее богатых  энергией соединений.

Неорганическая  химия.

    Реакции соединения простых веществ всегда носят окислительно-восстановительный характер. Реакции соединения, протекающие между сложными веществами, могут происходить как без изменения валентности:

    СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂,

    так и относиться к числу окислительно-восстановительных:

    2FеСl₂ + Сl₂ = 2FеСl₃.

Органическая  химия.

    В органической химии такие реакции  часто называют реакциями присоединения. В них обычно участвуют соединения, содержащие двойную или тройную  связь. Разновидности реакций присоединения: гидрирование, гидратация, гидрогалогенирование, полимеризация. Примеры данных реакций:

       t^o

    Н₂С = СН₂ + Н₂ → CН₃ – СН₃

    этилен  этан 

       t^o

    HC=CH + HCl → H₂C=CHCl

    ацетилен  хлорвинил

       t^o

    n СН₂=СН₂ → (-СН₂-СН₂-)n

      этилен  полиэтилен

Реакции разложения.

    Реакции разложения приводят к образованию  нескольких соединений из одного сложного вещества:

    А = В + С + D.

    Продуктами  разложения сложного вещества могут  быть как простые, так и сложные  вещества.

Неорганическая  химия.

    Из  реакций разложения, протекающих  без изменения валентных состояний, следует отметить разложение кристаллогидратов, оснований, кислот и солей кислородсодержащих кислот:

 
 

    К реакциям разложения окислительно-восстановительного характера относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления:

 

    2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂ + O₂,

    (NH₄)2Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O.

Органическая  химия.

    В органической химии к реакциям разложения относятся: дегидратация, дегидрирование»  крекинг, дегидрогалогенирование, а также реакции деполимеризации, когда из полимера образуется исходный мономер. Соответствующие уравнения реакций:

       t^o

    С₂Н₅ОН → C₂H₄ + Н₂O

      t^o

    С₆Н₁₄ → С₆Н₆ + 4Н₂

    гексан  бензол

    C₈H₁₈ → C₄H₁₀ + C₄H₈

    Октан бутан  бутен

    C₂H5Br → C₂H₄+ НВг

    бромэтан  этилен

    (-СН₂ – СН = С - СН₂ -)n  → n СН₂ = СН – С = СН₂

     \СНз  \ СНз

    природный каучук  2-метилбутадиен-1,3

Реакции замещения.

    При реакциях замещения обычно простое  вещество взаимодействует со сложным, образуя другое простое вещество и другое сложное:

    А + ВС = АВ + С.

Неорганическая  химия.

    Эти реакции в подавляющем большинстве  принадлежат к окислительно-восстановительным:

    2Аl + Fe₂O₃ = 2Fе + Аl₂О₃

    Zn + 2НСl = ZnСl₂ + Н₂

    2КВr + Сl₂ = 2КСl + Вr₂

    2КСlO₃ + l₂ = 2KlO₃ + Сl₂.

    Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением валентных состояний  атомов, крайне немногочисленны. Следует  отметить реакцию двуокиси кремния  с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или  летучие ангидриды:

    СаСО₃+ SiO₂ = СаSiO₃ + СО₂

    Са₃(РО₄)₂ + ЗSiO₂ = ЗСаSiO₃ + Р₂О₅

Органическая  химия.

    В органической химии реакции замещения  понимаются шире, то есть замещать может  не один атом, а группа атомов или  замещается не атом, а группа атомов. К разновидности реакции замещения  можно отнести нитрование и галогенирование  предельных углеводородов, ароматических  соединений и спиртов: 

    C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr

    бензол  бромбензол

    C₂H₅OH + HCl → C₂H₅Cl + H₂O

      этанол  хлорэтан

Реакции обмена.

    Реакциями обмена называют реакции между двумя  соединениями, которые обмениваются между собой своими составными частями:

    АВ + СD = АD + СВ.

Неорганическая  химия

    Если  при реакциях замещения протекают  окислительно-восстановительные процессы, то реакции обмена всегда происходят без изменения валентного состояния  атомов. Это наиболее распространенная группа реакций между сложными веществами - оксидами, основаниями, кислотами  и солями:

    ZnO + Н₂SО₄ = ZnSО₄ + Н₂О

    AgNО₃ + КВr = АgВr + КNО₃

    СrСl₃ + ЗNаОН = Сr(ОН)₃ + ЗNаСl.

    Частный случай этих реакций обмена - реакции  нейтрализации:

    НСl + КОН = КСl + Н₂О.

    Обычно  эти реакции подчиняются законам  химического равновесия и протекают  в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы  реакции в виде газообразного, летучего вещества, осадка или малодиссоциирующего (для растворов) соединения:

    NаНСО₃ + НСl = NаСl + Н₂О + СО₂↑

    Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃↓ + 2Н₂О

Органическая  химия

    НСООН + NaOH → HCOONa + Н₂O

    муравьиная  кислота формиат натрия

    реакции гидролиза:

    Na₂CO3 + Н₂О  NaHCO₃ + NaOH

    карбонат  натрия гидрокарбонат натрия

    СО₃ + Н₂О  НСО₃+ ОН

    реакции этерификации:

    CH₃COOH + C₂H₅OH  CH₃COOC₂H₅ + H₂O

    уксусная этанол  этиловый эфир уксусной кислоты 

Агрегатное  состояние реагентов  и продуктов реакции.

Газовые реакции

 

Реакции в растворах

    NaОН(рр) + НСl(p-p) = NaСl(p-p) + Н₂О(ж)

Реакции между твердыми веществами

 

Число фаз, в которых  находятся участники  реакции.

    Под фазой понимают совокупность однородных частей системы с одинаковыми  физическими и химическими свойствами и отделенных друг от друга поверхностью раздела.

    Гомогенные (однофазные) реакции.

    К ним относят реакции, протекающие  в газовой фазе, и целый ряд  реакций, протекающих в растворах.

    Гетерогенные (многофазные) реакции.

    К ним относят реакции, в которых  реагенты и продукты реакции находятся  в разных фазах. Например:

    газожидкофазные реакции

    CO₂(г) + NaOH(p-p) = NaHCO₃(p-p).

    газотвердофазные реакции

    СO₂(г) + СаО(тв) = СаСO₃(тв).

    жидкотвердофазные реакции

    Na₂SO₄(рр) + ВаСl₃(рр) = ВаSО₄(тв)↓ + 2NaСl(p-p).

    жидкогазотвердофазные реакции

    Са(НСО₃)₂(рр) + Н₂SО₄(рр) = СО₂(r)↑ +Н₂О(ж) + СаSО₄(тв)↓.

Природа переносимых частиц.

    Протолитические реакции.

    К протолитическим реакциям относят химические процессы, суть которых заключается в переносе протона от одних реагирующих веществ к другим.

    В основе этой классификации лежит  протолитическая теория кислот и оснований, в соответствии с которой кислотой считают любое вещество, отдающее протон, а основанием - вещество, способное присоединять протон, например:

 

    К протолитическим реакциям относят реакции нейтрализации и гидролиза. 

Окислительно-восстановительные  реакции.

    Все химические реакции подразделяются на такие, в которых степени окисления  не изменяются (например, реакция обмена) и на такие, в которых происходит изменение степеней окисления. Их называют окислительно-восстановительными реакциями. Ими могут быть реакции разложения, соединения, замещения и другие более  сложные реакции. Например:

    Zn + 2H⁺ → Zn₂⁺ + H₂↑

    FeS₂ + 8HNO₃(конц) = Fe(NO₃)₃ + 5NO↑ + 2H₂SO₄ + 2H₂O

    Подавляющее большинство химических реакций  относятся к окислительно-восстановительным, они играют исключительно важную роль.

Лиганднообменные реакции.

    К таковым относят реакции, в ходе которых происходит перенос электронной  пары с образованием ковалентной  связи по донорноакцепторному механизму. Например:

    Cu(NO₃)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](NO₃)₂

    Fe + 5CO = [Fe(CO)₅]

    Al(OH)₃ + NaOH = [NaAl(OH)₄]

    Характерной особенностью лиганднообменных реакций является то, что образование новых соединений, называемых комплексными, происходит без изменения степени окисления.

Возможность протекания реакции  в прямом и обратном направлении.

Необратимые реакции.

    Необратимыми  называют такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать  друг с другом с образованием исходных веществ. Примерами необратимых  реакций может служить разложение бертолетовой соли при нагревании:

    2КСlО₃ → 2КСl + ЗО₂↑,

    или окисление глюкозы кислородом воздуха:

    С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О

Обратимые реакции.

    Обратимыми  называют такие химические процессы, продукты которых способны реагировать  друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ.

    Для обратимых реакций уравнение  принято записывать следующим образом:

    А + В АВ.

    Две противоположно направленные стрелки  указывают на то, что при одних  и тех же условиях одновременно протекает  как прямая, так и обратная реакция, например:

    СН₃СООН + С₂Н₅ОН СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О.

    2SO₂ +O₂  2SO₃ + Q 

    Следовательно, данные реакции не идут до конца, потому, что одновременно происходят две  реакции — прямая (между исходными  веществами) и обратная (разложение продукта реакции).

Классификация по тепловому эффекту.

    Количество  теплоты, которое выделяется или  поглощается в результате реакции, называется тепловым эффектом данной реакции. По тепловому эффекту реакции  делят:

Экзотермические.

    Протекают с выделением тепла

    СН₄ + 2O₂ → СО₂ + 2Н₂O + Q

    Н₂ + Cl₂ → 2HCl + Q

Эндотермические.

    Протекают с поглощением тепла

    N₂ + О₂ → 2NO-Q

    2Н₂O → 2Н₂ + O₂ - Q

Классификация с учетом явления  катализа.

Каталитические.

    К ним относятся все процессы с  участием катализаторов.

                         кат.

    2SO₂ + O₂ 2SO₃ 

Некаталитические.

    К ним относятся любые мгновенно  протекающие реакции в растворах 

    BaCl₂ + H₂SO₄ = 2HCl + BaSO₄↓