Работников образования Кафедра естествознания на тему: классификация химических реакций неорганических и органических веществ (стр. 2 из 3)
Реакции разложения в органической химии носят название крекинга:
С18H38 = С9H18 + С9H20,
или дегидрирования
C4H10 = C4H6 + 2H2.
3.Реакции замещения
При реакциях замещения обычно простое вещество взаимодействует со сложным, образуя другое простое вещество и другое сложное:
А + ВС = АВ + С.
Эти реакции в подавляющем большинстве принадлежат к окислительно-восстановительным:
2Аl + Fe2O3 = 2Fе + Аl2О3,
7
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,
Иногда эти реакции рассматривают как реакции обмена:
СН4 + Сl2 = СН3Сl + НСl.
4. Реакции обмена
Реакциями обмена называют реакции между двумя соединениями, которые обмениваются между собой своими составными частями:
АВ + СD = АD + СВ.
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
8
или малодиссоциирующего (для растворов) соединения:
NаНСО3 + НСl = NаСl + Н2О + СО2↑,
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О,
СН3СООNа + Н3РО4 = СН3СООН + NаН2РО4..
Классификация реакций по фазовым признакам
Классификация реакций по числу фаз.
Под фазой понимают совокупность однородных частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенных друг от друга поверхностью раздела.
Все многообразие реакций с этой точки зрения можно разделить на два класса:
1.Гомогенные (однофазные) реакции. К ним относят реакции, протекающие в газовой фазе, и целый ряд реакций, протекающих в растворах .
2.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(р-р) + ВаСl3(р-р) = ВаSО4(тв)↓ + 2NaСl(p-p).
жидкогазотвердофазные реакции
Са(НСО3)2(р-р) + Н2SО4(р-р) = СО2(r)↑ +Н2О(ж) + СаSО4(тв)↓.
Классификация реакций по изменению степени окисления.
9
Окислительно-восстановительные реакции.
К таковым относят реакции, в которых реагирующие вещества обмениваются электронами, изменяя при этом степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. 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.
Обратимые и необратимые химические 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.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.
Экзотермические и эндотермические
10
Знак теплового эффекта разделяет все реакции на: экзотермические реакции, протекающие с экзо-эффектом - выделение энергии в форме теплоты (Q>0, ∆H <0):
С +О2 = СО2 + Q
и эндотермические реакции, протекающие с эндо-эффектом - поглощением энергии в форме теплоты (Q<0, ∆H >0):
N2 +О2 = 2NО - Q.
Такие реакции относят к термохимическим.
Каталитические и некаталитические.
Реакции протекающие с использованием катализатора называются каталитическими.
Классификацию типов химических веществ органических сое динений можно представить в виде следующих таблиц
Соотношение между объёмом информации о реакциях и числом реакций, относящихся к определённым типам
| Критерий разделения реакций на типы | Объём информации о реакции | Число реакций, относящихся к одному типу | Пример | ||
| Название типа реакции | Описание | ||||
| Число и структура реагентов и продуктов на типы | Увеличивается ________________ | Увеличивается _________________ | Присоедине ние | Несколько молекул объединяя ются в одну | |
| Число и структура реагентов и продуктов реакции, а также электронная природа реагентов | Электрофиль ное присоединение | Несколько молекул объединя ются в одну,реа гент –электро фил | |||
| Частные признаки (реагенты/продукты/соотношения между составом и/или структурой реагентов и продуктов и др.) | Гидратация | Несколько молекул объединяются в одну, реагент - вода | |||
11
Особенности некоторых типов химических реакций, выделенных по частным признакам
| Название типа реакции | Описание реакции | Реагент(ы) | Продукт(ы) | Соотношение между составом и/или структурой реагентов и продуктов |
| Алкилирование | Введение насыщенного углеводородного радикала в молекулу органического соединения | Продукт отличается от реагента наличием дополнительного углеводородного радикала | ||
| Брожение | Ферментативное расщепление органических веществ, преимущественно углеводов | В основном углевод | ||
| Восстановление | Окислительно-восстановительная реакция, в органической химии часто реализуется за счёт увеличения числа атомов водорода и/или уменьшения числа атомов кислорода в молекуле органического продукта по сравнению с реагентом | С.О. одного или нескольких атомов органического продукта меньше, чем С.О. этих же атомов в соответствующем реагенте | ||
| Галогенирование | Введение атомов галогена в молекулу органического соединения (реакция замещения или присоединения) | Чаще Hal2; реже PHal5, SOCl2 и др. | Продукт отличается от реагента наличием дополнительного атома(ов) Hal, а иногда и одновременным уменьшением числа атомов , а иногда и одновременным уменьшением числа атомов Н | |
| Гидратация | Присоединение воды | Н2О | ||
| Гидрирование (гидрогенизация) | Присоединение водорода к органическим соединениям | Н2 | ||
| Гидрогалогенирование | Присоединение галогеноводородов | HHal | ||
| Гидролиз | Реакция обмена (в органической химии – замещения), сопровождаемая разложением исходного вещества под действием воды | Н2О | ||
| Гидролиз кислотный | Гидролиз в кислотной среде | Н2О, Н+ | ||
| Гидролиз щелочной | Гидролиз в щелочной среде | Н2О, ОН- | ||
| Дегалогенирова ние | Отщепление молекулы галогена от молекулы органического соединения или замещение его атома(ов) на атом(ы) водорода | Продукт отличается от реагента меньшим числом (отсутствием) атомов Hal, а иногда и большим числом атомов Н | ||
| Дегидратация | Отщепление молекулы воды от одной или нескольких молекул реагента | Н2О | ||
| Дегидрирование (дегидрогенизация) | Отщепление молекулы водорода от органического соединения | Н2 | ||
| Дегидрогалогенирование | Отщепление молекулы галогеноводорода от молекулы органического соединения с образованием цикла или кратной связи между атомами углерода | Органический продукт отличается по составу от реагента отсутствием n(HHal) | ||
| Дегидроциклиза ция | Образование цикла из ациклическихмолекул с одновременным отщеплением водорода | Н2 | Органический реагент имеет ациклический углеродный скелет, а продукт – циклический | |
| Декарбоксилирование | Отщепление молекулы углекислого газа от карбоксильной или карбоксилатной группы | Содержит -- СООН или -- СООМе | СО2 | |
| Деструкция | Общее название процессов, сопровождающихся разрушением углеродного скелета | |||
| Димеризация | Соединение двух одинаковых молекул в одну | Молекулярная формула продукта равна удвоенной молекулярной формуле реагента | ||
| Нейтрализация | Реакция между кислотой и основанием с образованием соли и воды | Кислота, основание | Соль, вода | |
| Нитрирование | Введение нитрогруппы в органическое соединение | Чаще HNO3, реже оксиды азота, соли, HNO2 и др. | Органический продукт отличается по составу от реагента наличием дополнительной NO2-группы, а иногда и уменьшением числа атомов Н | |
| Окисление | Окислительно-восстановительная реакция, в органической химии часто реализуется за счёт увеличения числа атомов кислорода и/или уменьшения числа атомов водорода в молекуле продукта по сравнению с органическим реагентом | С.О. одного или нескольких атомов в продукте больше, чем С.О. этих же атомов в соответствующем органическом реагенте | ||
| Окислительная деструкция | Разрушение углеродной цепи исходного органического соединения под действием окислителя | |||
| Пиролиз | Разложение при высокой температуре | |||
| Поликонденсация | Синтез полимера с выделением низкомолекулярного продукта | |||
| Полимеризация | Последовательное соединение молекул мономера в макромолекулу полимера | Молекулярная формула продукта = молекулярная формула реагента х n (степень полимеризации) | ||
| Тримеризация | Соединение трех одинаковых молекул в одну | Молекулярная формула равна утроенной молекулярной формуле реагента | ||
| Циклизация | Образование цикла из ациклических молекул | Органический реагент имеет ациклический углеродный скелет, а продукт – циклический | ||
| Этерификация | Реакция между кислотой и спиртом, приводящая к образованию сложного эфира | Кислота, спирт | Сложный эфир, вода |
Классификация реакций по числу и структуре реагентов, продуктов и электронной природе реагентов