ПРИЗНАКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Химическое превращение от физического всегда можно отличить по наличию одного или нескольких признаков:
- изменение цвета;
- выпадение осадка;
- выделение газа;
- образование слабодиссоциированных веществ (например, воды);
- выделение энергии (тепловой или световой).
ТИПЫКЛАССИФИКАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Существует несколько подходов к классификации химических реакций^
- по числу и составу реагирующих и образующихся веществ
- по изменению степени окисления
- по агрегатному состоянию реагирующих веществ
- по тепловому эффекту
- по участию катализатора
- по направлению протекания реакции
Рассмотрим их подробнее.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ЧИСЛУ И СОСТАВУ РЕАГИРУЮЩИХ И ОБРАЗУЮЩИХСЯ ВЕЩЕСТВ
Например:
CaO+CO2=CaCO3
CaCO3=CaO+CO2
Первая реакция является реакцией соединения (иногда говорят присоединения), поскольку из двух веществ получается одно. Во второй реакции, наоборот, из одного вещества получается два и это реакция разложения.
В реакциях замещения простое вещество замещает один из элементов в сложном веществе, в результате чего получается новое просто вещество и новое сложное вещество. Например:
2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3
В реакциях обмена два сложных вещества обмениваются своими составными частями и образуется два новых сложных вещества:
2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИЗМЕНЕНИЮ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ
Определение
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степеней окисления элемента(ов).
В любой окислительно-восстановительной реакции (ОВР) всегда должен быть как минимум один элемент, повышающий степень окисления (восстановитель), и другой — понижающий степень окисления (окислитель).
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ
Определение
Тепловой эффект реакции — ΔQ — теплота, поглощаемая или выделяемая системой в ходе химической реакции.
Определение
Экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением тепла (+Q)
Самые типичные экзотермические реакции — это реакции горения:
CH4+2O2=CO2+2H2O+Q
Иногда энергетический "выигрыш" настолько велик, что происходит выделение и тепловой и световой энергии, что чаще всего принято называть взрывом. Например, горение метана в атмосфере воздуха.
В случае, если на образование новых химических связей требуется энергия большая, чем выделилась при разрыве старых связей, то системе требуется дополнительная подача тепла.
Определение
Эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением тепла (-Q)
Например,
CaCO3→t,∘CCaO+CO2−Q
Определение
Термохимические уравнения — уравнения химических реакций с указанием теплового эффекта реакции.
Подробнее термохимические уравнения будут рассмотрены в соответствующем разделе.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ РЕАГЕНТОВ
Напомним, что существует четыре агрегатных состояния вещества: газ, жидкость, твердое и плазма (последнее встречается крайне редко).
Определение
Реакции, протекающие в одной фазе называются гомогенными, например реакция между двумя растворами или между двумя газами. Реакции, протекающие на границе раздела фаз, называются гетерогенными.
Граница раздела фаз присутствует в системе, образованной, например, жидкостью и твердым телом (металл и кислота), твердым телом и газом (гетерогенный катализ), двумя несмешивающимися жидкостями (масло и вода). Чаще всего химические реакции являются гетерогенными.
Агрегатное состояние вещества обычно обозначается буквами русского алфавита нижним индексом в скобках: (г) — газ, (ж) — жидкость, (т) — твердое.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАЛИЧИЮ КАТАЛИЗАТОРА
Определение
Катализатор — вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, но само при этом не расходуется.
Ингибитор — вещество, замедляющее или предотвращающее протекание химической реакции.
Следует понимать, что катализатор участвует в реакции и претерпевает ряд изменений (каталитический цикл), превращается в промежуточные соединения, которые разрушаются к концу каталитического цикла, превращаясь в исходный катализатор. Поэтому иногда в учебниках встречается формулировка: "катализатор в реакции не расходуется".
| Классификация реакций по наличию катализатора | |
| каталитические | некаталитические |
| с участием катализатора | без участия катализатора |
| 2KClO3/xrightarrow[]MnO22KCl+3O2↑ | 2HgO/xrightarrow[]t,∘C2Hg+O2 |
Природные катализаторы - ферменты, способны в мягких условиях (например, t тела человека равна 36,6 градуса) способствовать тому, что биохимические процессы в организме протекают с эффективностью, близкой к 100%, в то время, как выход промышленных химических процессов редко составляет более 50%.
Ингибиторы используются в быту и в промышленности для подавления протекания нежелательных процессов: старения полимеров, окисления топлива и смазочных масел, пищевых жиров и др. Например, ортофосфорная кислота замедляет процессы окисления железа (коррозию), поэтому ее используют для предотвращения ржавления. Часто ингибиторы используются в медицине, в лекарственных препаратах, например ингибиторы образования ферментов и др
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИИ
Определение
Реакции, которые при заданных условиях протекают как в прямом, так и в обратном направлении, называют обратимыми.
| Классификация реакций по направлению реакций | |
| обратимые | необратимые |
| протекают одновременно в двух противоположных направлениях | протекают в одном направлении (необратимо) |
| 2H2+O2/Leftrightarrow2H2O | KOH+HNO3=KNO3+H2O |
При записи таких реакций вместо знака равенства используют противоположно направленные стрелки: "↔". В этом случае может наступить состояние равновесия. Это означает, что скорость прямого процесса становится равной скорости обратного процесса. С точки зрения получения конечных продуктов - обратимость реакции является негативным явлением, поэтому часто в промышленных химических процессах приходится смещать химическое равновесие различными способами. Способы смещения химического равнвесия подробно рассматриваются в теме: "Химическое равновесие".
Обратимые реакции очень распространены в химии. К ним относятся диссоциация воды и слабых кислот, гидролиз некоторых солей, реакции водорода с бромом, иодом и азотом, многие промышленно важные реакции, такие как:
(г)(г)(г)2SO2(г)+O2(г)=2SO3(г)
(г)(г)(г)CO(г)+2H2(г)=CH3OH(г)
(г)(г)(г)2CH4(г)=C2H2(г)+3H2(г)
(г)(г)(г)C2H4(г)+H2O(г)=C2H5OH(г)
(тв)(г)(г)(г)C(тв)+H2O(г)=CO(г)+H2(г)
(г)(г)(г)(г)CH4(г)+H2O(г)=CO(г)+3H2(г).