Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

А19.Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

Химические реакции – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.

Классификация реакций:

I. По числу и составу реагирующих веществ и продуктов реакции:

1) Реакции, идущие без изменения состава вещества:

В неорганической химии это реакции превращения одних аллотропных модификаций в другие:

C (графит) → C (алмаз); P (белый) → P (красный).

В органической химии это реакции изомеризации – реакции, в результате которых из молекул одного вещества образуются молекулы других веществ того же качественного и количественного состава, т.е. с той же молекулярной формулой, но другим строением.

t, AlCl₃

-СН₂-СН₂-СН₃ → СН₃-СН-СН₃

СН₃

н-бутан 2-метилпропан (изобутан)

2) Реакции, идущие с изменением состава вещества:

а) Реакции соединения (в органической химии присоединения) – реакции, в ходе которых из двух и более веществ образуется одно более сложное: S + O₂→ SO₂

В органической химии это реакции гидрирования, галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации, полимеризации.

t, H₂SO₄

СН₂ = СН₂ + НОН → СН₃ – СН₂ОН

б) Реакции разложения (в органической химии отщепления, элиминирования) – реакции, в ходе которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ:

t, H₂SO₄

СН₃ – СН₂ОН → СН₂ = СН₂ + Н₂О

2KNO₃ →2KNO₂ + O₂

В органической химии примеры реакций отщепления - дегидрирование, дегидратация, дегидрогалогенирование, крекинг.

в) Реакции замещения – реакции, в ходе которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе (в органической химии – реагентами и продуктами реакции часто являются два сложных вещества).

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl +HCl; 2Na+ 2H₂O→ 2NaOH + H₂

Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением степеней окисления атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию оксида кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие оксиды:

СаСО₃+ SiO₂ = СаSiO₃ + СО₂

Са₃(РО₄)₂ + ЗSiO₂ = ЗСаSiO₃ + Р₂О₅

г) Реакции обмена – реакции, в ходе которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O,
2CH₃COOH + CaCO₃ → (CH₃COO)₂Ca + CO₂ + H₂O

II. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества

1) Реакции, идущие с изменением степеней окисления, или ОВР:

∙2| N⁺⁵ + 3e^– → N⁺² (процесс восстановления, элемент – окислитель),

∙3| Cu⁰ – 2e^– → Cu⁺² (процесс окисления, элемент – восстановитель),

8HNO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

В органической химии:

C₂H₄ + 2KMnO₄ + 2H₂O → CH₂OH–CH₂OH + 2MnO₂ + 2KOH

2) Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов:

Li₂O + H₂O → 2LiOH,
HCOOH + CH₃OH → HCOOCH₃ + H₂O

III. По тепловому эффекту

1) Экзотермические реакции протекают с выделением энергии:

С + О₂ → СО₂ + Q,
СH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + Q

2) Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии:

СaCO₃ → CaO + CO₂ - Q

C₁₂H₂₆ → C₆H₁₄ + C₆H₁₂ - Q

IV. По агрегатному состоянию реагирующих веществ

1) Гетерогенные реакции – реакции, в ходе которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях:

Fe(тв) + CuSO₄(р-р) → Cu(тв) + FeSO₄(р-р),
CaC₂(тв) + 2H₂O(ж) → Ca(OH)₂(р-р) + C₂H₂(г)

2) Гомогенные реакции – реакции, в ходе которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии:

H₂(г) + Cl₂(г) → 2HCl(г),
2C₂H₂(г) + 5O₂(г) → 4CO₂(г) + 2H₂O(г)

V. По участию катализатора

1) Некаталитические реакции, идущие без участия катализатора:

2Н₂ + О₂ → 2Н₂О, С₂Н₄ + 3О₂ → 2СО₂ + 2Н₂О

2) Каталитические реакции, идущие с участием катализаторов:

MnO₂

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

VI. По направлению

1) Необратимые реакции протекают в данных условиях только в одном направлении:

С₂Н₄ + 3О₂ → 2СО₂ + 2Н₂О

2) Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях: N₂ + 3H₂ ↔2NH₃

VII. По механизму протекания

1) Радикальный механизм.

А: В → А· + ·В

Происходит гомолитический (равноценный) разрыв связи. При гемолитическом разрыве пара электронов, образующая связь, делится таким образом, что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. При этом образуются радикалы – незаряженные частицы с неспаренными электрономи. Радикалы – очень реакционноспособные частицы, реакции с их участием происходят в газовой фазе с большой скоростью и часто со взрывом.

Радикальные реакции идут между образующимися в ходе реакции радикалами и молекулами:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

hυ

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl +HCl

Примеры: реакции горения органических и неорганических веществ, синтез воды, аммиака, реакции галогенирования и нитрования алканов, изомеризация и ароматизация алканов, каталитическое окисление алканов, полимеризация алкенов, винилхлорида и др.

2) Ионный механизм.

А: В →:А^- + В⁺

Происходит гетеролитический (неравноценный) разрыв связи, при этом оба электрона связи остают­ся с одной из ранее связанных частиц. Образуются заряженные частиц (катионы и анионы).

Ионные реакции идут в растворах между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами.

Например, в неорганической химии – это взаимодействие электролитов в растворе, в органической химии – это реакции присоединения к алкенам, окисление и дегидрирование спиртов, замещение спиртовой группы и другие реакции, характеризующие свойства альдегидов и карбоновых кислот.

VIII. По виду энергии, инициирующей реакцию:

1) Фотохимические реакции происходят при воздействии квантов света. Например, синтез хлороводорода, взаимодействие метана с хлором, получение озона в природе, процессы фотосинтеза и др.

2) Радиационные реакции инициируются излучениями больших энергий (рентгеновскими лучами, γ-лучами).

3) Электрохимические реакции инициирует электрический ток, например, при электролизе.

4) Термохимические реакции инициируются тепловой энергией. К ним относятся все эндотермические реакции и множество экзотермических, для инициации которых необходима теплота.