Kemijske reakcije v organski in anorganski kemiji. Klasifikacija kemijskih reakcij v organski in anorganski kemiji. Karboksilne kisline. Klasifikacija kemijskih reakcij v anorganski in organski kemiji

1) Prvi znak razvrstitve temelji na spremembi oksidacijskega stanja elementov, ki tvorijo reagente in produkte.
a) redoks

FeS 2 + 18HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + 2H 2 SO 4 + 15NO 2 + 7H 2 O
b) brez spreminjanja oksidacijskega stanja

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O
Redox imenujemo reakcije, ki jih spremlja sprememba oksidacijskih stanj kemični elementi, vključeno v reagente. Za oksidacijo-redukcijo v ne organska kemija vključujejo vse substitucijske reakcije ter tiste reakcije razgradnje in združevanja, v katerih je vključena vsaj ena preprosta snov. Reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov, ki tvorijo reaktante in reakcijske produkte, vključujejo vse reakcije izmenjave.

2) Kemijske reakcije so razvrščene po naravi procesa, to je po številu in sestavi reagentov in produktov.
- spojine ali adicijske reakcije v organski kemiji.
Da pride do adicijske reakcije, organska molekula mora imeti večkratno vez (ali cikel), bo ta molekula glavna (substrat). Enostavnejšo molekulo (pogosto anorgansko snov, reagent) dodamo na mesto, kjer se večkratna vez prekine ali se obroč odpre.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

CaO + CO 2 = CaCO 3

- reakcije razgradnje.
Reakcije razgradnje lahko obravnavamo kot obratne procese združevanja.

C2H5Br = C2H4 + HBr

Hg(NO 3) 2 = Hg + 2NO 2 + O 2

– substitucijske reakcije.
Njihovo znak- interakcija preprosta snov s kompleksom. Take reakcije obstajajo tudi v organski kemiji.
Vendar pa je koncept "nadomestka" v organskih snoveh širši kot v anorganska kemija. Če je v molekuli prvotne snovi kateri koli atom ali funkcionalna skupina nadomeščena z drugim atomom ali skupino, so to prav tako substitucijske reakcije, čeprav je z vidika anorganske kemije proces videti kot reakcija izmenjave.

Zn + CuSO 4 = Cu + ZnSO 4

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
– izmenjava (vključno z nevtralizacijo).

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O

KCl + AgNO 3 = AgCl¯ + KNO 3

3) Če je mogoče, tecite v nasprotni smeri - reverzibilno in ireverzibilno.

4) Po vrsti cepitve vezi - homolitična (enaka prekinitev, vsak atom prejme 1 elektron) in heterolitska (neenaka prekinitev - eden dobi par elektronov)

5) Avtor toplotni učinek
eksotermna (generiranje toplote) in endotermna (absorpcija toplote). Reakcije spojin bodo na splošno eksotermne reakcije, reakcije razgradnje pa bodo endotermne. Redka izjema je reakcija dušika s kisikom - endotermna:
N2 + O2 → 2NO – Q

6) Po fazah
a) Homogene (homogene snovi v eni fazi, npr. g-g, reakcije v raztopinah)
b) Heterogene (ms, g-tv, w-tv, reakcije med nemešljivimi tekočinami)

7) O uporabi katalizatorja. Katalizator je snov, ki pospeši kemično reakcijo.
a) katalitični (vključno z encimskimi) - praktično ne delujejo brez uporabe katalizatorja.
b) nekatalitično.

Razvrstitev kemične reakcije v anorganski in organski kemiji se izvaja na podlagi različnih klasifikacijskih značilnosti, informacije o katerih so podane v spodnji tabeli.

Nepovratno so reakcije, ki potekajo samo v smeri naprej, kar ima za posledico nastanek produktov, ki med seboj ne delujejo. Ireverzibilne reakcije vključujejo kemične reakcije, ki povzročijo nastanek rahlo disociiranih spojin in sproščanje velika količina energije, pa tudi tiste, pri katerih končni produkti zapustijo reakcijsko kroglo v plinasti obliki ali v obliki oborine, npr.

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O2 = 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

Reverzibilen so kemijske reakcije, ki potekajo pri dani temperaturi istočasno v dveh nasprotnih smereh s primerljivo hitrostjo. Pri pisanju enačb za takšne reakcije se enačaj nadomesti z nasprotno usmerjenimi puščicami. Najenostavnejši primer reverzibilne reakcije je sinteza amoniaka z interakcijo dušika in vodika:

N 2 +3H 2 ↔2NH 3

Po vrsti rupture kemična vez v izvorni molekuli ločimo homolitične in heterolitične reakcije.

Homolitična imenujemo reakcije, pri katerih zaradi pretrganja vezi nastanejo delci, ki imajo nesparjeni elektron - prosti radikali.

Heterolitično so reakcije, ki potekajo s tvorbo ionskih delcev – kationov in anionov.

Radikalno(veriga) so kemične reakcije, ki vključujejo radikale, na primer:

CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl

Ionski so kemične reakcije, ki potekajo s sodelovanjem ionov, na primer:

KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Heterolitske reakcije imenujemo elektrofilne. organske spojine z elektrofili - delci s celotnim ali delnim pozitivnim nabojem. Delimo jih na elektrofilne substitucijske in elektrofilne adicijske reakcije, na primer:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C =CH 2 + Br 2 → BrCH 2 –CH 2 Br

Nukleofilne reakcije so heterolitske reakcije organskih spojin z nukleofili – delci, ki nosijo celoten ali delni negativni naboj. Delimo jih na nukleofilne substitucijske in nukleofilne adicijske reakcije, na primer:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

CH 3 C(O)H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH(OC 2 H 5) 2 + H 2 O
Eksotermno imenujemo kemijske reakcije, ki potekajo s sproščanjem toplote. Simbol za spremembo entalpije (vsebnost toplote) ΔH in toplotni učinek reakcije Q. Za eksotermne reakcije Q > 0 in ΔH< 0.

Endotermno so kemične reakcije, ki vključujejo absorpcijo toplote. Za endotermne reakcije Q< 0, а ΔH > 0.

Homogena Reakcije, ki potekajo v homogenem mediju, se imenujejo.

Heterogena so reakcije, ki potekajo v heterogenem mediju, na stični površini reagirajočih snovi, ki so v različnih fazah, na primer trdna in plinasta, tekoča in plinasta, v dveh nemešljivih tekočinah.

Katalitske reakcije potekajo samo v prisotnosti katalizatorja. Nekatalitične reakcije potekajo v odsotnosti katalizatorja.

Razvrstitev organske reakcije je podana v tabeli:

Klasifikacija kemijskih reakcij v anorganski in organski kemiji se izvaja na podlagi različnih klasifikacijskih značilnosti, informacije o katerih so podane v spodnji tabeli.

S spreminjanjem oksidacijskega stanja elementov

Prvi znak razvrstitve temelji na spremembi oksidacijskega stanja elementov, ki tvorijo reaktante in produkte.
a) redoks
b) brez spreminjanja oksidacijskega stanja
Redox se imenujejo reakcije, ki jih spremlja sprememba oksidacijskih stanj kemičnih elementov, ki sestavljajo reagente. Redoks reakcije v anorganski kemiji vključujejo vse substitucijske reakcije ter tiste razgradne in kombinirane reakcije, v katerih sodeluje vsaj ena preprosta snov. Reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov, ki tvorijo reaktante in reakcijske produkte, vključujejo vse reakcije izmenjave.

Glede na število in sestavo reagentov in produktov

Kemijske reakcije razvrščamo po naravi procesa, to je po številu in sestavi reagentov in produktov.

Reakcije spojin so kemijske reakcije, pri katerih nastanejo kompleksne molekule iz več enostavnejših, na primer:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

Reakcije razgradnje so kemične reakcije, ki povzročijo preproste molekule so pridobljeni iz bolj zapletenih, na primer:
CaCO 3 = CaO + CO 2

Reakcije razgradnje lahko obravnavamo kot obratne procese združevanja.

Nadomestne reakcije so kemijske reakcije, pri katerih se atom ali skupina atomov v molekuli snovi nadomesti z drugim atomom ali skupino atomov, na primer:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 

Njihova značilnost je interakcija preproste snovi s kompleksno. Take reakcije obstajajo tudi v organski kemiji.
Vendar pa je koncept "substitucije" v organski kemiji širši kot v anorganski kemiji. Če je v molekuli prvotne snovi kateri koli atom ali funkcionalna skupina nadomeščena z drugim atomom ali skupino, so to prav tako substitucijske reakcije, čeprav je z vidika anorganske kemije proces videti kot reakcija izmenjave.
- izmenjava (vključno z nevtralizacijo).
Reakcije izmenjave so kemijske reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov in vodijo do izmenjave sestavnih delov reaktantov, na primer:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

Če je mogoče, tecite v nasprotni smeri

Če je možno, tecite v nasprotni smeri – reverzibilno in ireverzibilno.

Reverzibilen so kemijske reakcije, ki potekajo pri dani temperaturi istočasno v dveh nasprotnih smereh s primerljivo hitrostjo. Pri pisanju enačb za takšne reakcije se enačaj nadomesti z nasprotno usmerjenimi puščicami. Najenostavnejši primer reverzibilne reakcije je sinteza amoniaka z interakcijo dušika in vodika:

N 2 +3H 2 ↔2NH 3

Nepovratno so reakcije, ki potekajo samo v smeri naprej, kar ima za posledico nastanek produktov, ki med seboj ne delujejo. Med ireverzibilne reakcije štejemo kemične reakcije, pri katerih nastanejo rahlo disociirane spojine, sproščanje velike količine energije, pa tudi tiste, pri katerih končni produkti zapustijo reakcijsko kroglo v plinasti obliki ali v obliki oborine, npr. :

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O2 = 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

S toplotnim učinkom

Eksotermno imenujemo kemijske reakcije, ki potekajo s sproščanjem toplote. Simbol za spremembo entalpije (vsebnost toplote) ΔH in toplotni učinek reakcije Q. Za eksotermne reakcije Q > 0 in ΔH< 0.

Endotermno so kemične reakcije, ki vključujejo absorpcijo toplote. Za endotermne reakcije Q< 0, а ΔH > 0.

Reakcije spojin bodo na splošno eksotermne reakcije, reakcije razgradnje pa bodo endotermne. Redka izjema je reakcija dušika s kisikom - endotermna:
N2 + O2 → 2NO – Q

Po fazah

Homogena imenujemo reakcije, ki potekajo v homogenem mediju (homogene snovi v eni fazi, npr. g-g, reakcije v raztopinah).

Heterogena so reakcije, ki potekajo v heterogenem mediju, na stični površini reagirajočih snovi, ki so v različnih fazah, na primer trdna in plinasta, tekoča in plinasta, v dveh nemešljivih tekočinah.

Glede na uporabo katalizatorja

Katalizator je snov, ki pospeši kemično reakcijo.

Katalitske reakcije pojavijo le v prisotnosti katalizatorja (vključno z encimskimi).

Nekatalitične reakcije gredo brez katalizatorja.

Po vrsti odpravnine

Glede na vrsto cepitve kemične vezi v izhodni molekuli ločimo homolitične in heterolitske reakcije.

Homolitična imenujemo reakcije, pri katerih zaradi pretrganja vezi nastanejo delci, ki imajo nesparjeni elektron - prosti radikali.

Heterolitično so reakcije, ki potekajo s tvorbo ionskih delcev – kationov in anionov.

• homolitična (enaka vrzel, vsak atom prejme 1 elektron)
• heterolitična (neenaka vrzel - dobimo par elektronov)

Radikalno(veriga) so kemične reakcije, ki vključujejo radikale, na primer:

CH 4 + Cl 2 hv → CH 3 Cl + HCl

Ionski so kemične reakcije, ki potekajo s sodelovanjem ionov, na primer:

KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Elektrofilne reakcije so heterolitske reakcije organskih spojin z elektrofili – delci, ki nosijo celoten ali delni pozitivni naboj. Delimo jih na elektrofilne substitucijske in elektrofilne adicijske reakcije, na primer:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C =CH 2 + Br 2 → BrCH 2 –CH 2 Br

Nukleofilne reakcije so heterolitske reakcije organskih spojin z nukleofili – delci, ki nosijo celoten ali delni negativni naboj. Delimo jih na nukleofilne substitucijske in nukleofilne adicijske reakcije, na primer:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

CH 3 C(O)H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH(OC 2 H 5) 2 + H 2 O

Klasifikacija organskih reakcij

Razvrstitev organskih reakcij je podana v tabeli:

Kemijske reakcije- to so procesi, zaradi katerih iz nekaterih snovi nastanejo druge, ki se od njih razlikujejo po sestavi in ​​(ali) strukturi.

Razvrstitev reakcij:

1. 
   Glede na število in sestavo reaktantov in reakcijskih produktov:

1. 
   Reakcije, ki se pojavijo brez spremembe sestave snovi:

V anorganski kemiji so to reakcije pretvorbe nekaterih alotropskih modifikacij v druge:

C (grafit) → C (diamant); P (bela) → P (rdeča).

V organski kemiji so to reakcije izomerizacije – reakcije, pri katerih iz molekul ene snovi nastanejo molekule drugih snovi enake kakovosti in kakovosti. kvantitativna sestava, tj. z isto molekulsko formulo, vendar drugačno strukturo.

CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH-CH 3

n-butan 2-metilpropan (izobutan)

1. 
   Reakcije, ki se pojavijo s spremembo sestave snovi:

a) Reakcije spojin (v organski kemiji adicije) - reakcije, med katerimi dve ali več snovi tvorijo eno bolj kompleksno: S + O 2 → SO 2

V organski kemiji so to reakcije hidrogeniranja, halogeniranja, hidrohalogeniranja, hidratacije, polimerizacije.

CH 2 = CH 2 + HOH → CH 3 – CH 2 OH

b) Reakcije razgradnje (v organski kemiji eliminacija, eliminacija) - reakcije, med katerimi nastane več novih snovi iz ene kompleksne snovi:

CH 3 – CH 2 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

V organski kemiji so primeri reakcij izločanja dehidrogenacija, dehidracija, dehidrohalogenacija in kreking.

c) Substitucijske reakcije - reakcije, med katerimi atomi enostavne snovi zamenjajo atome nekega elementa v kompleksni snovi (v organski kemiji sta reaktanta in produkta reakcije pogosto dve kompleksni snovi).

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl; 2Na+ 2H 2 O→ 2NaOH + H 2

Primerov substitucijskih reakcij, ki jih ne spremlja sprememba oksidacijskih stanj atomov, je zelo malo. Opozoriti je treba na reakcijo silicijevega oksida s solmi kisline, ki vsebujejo kisik, ki ustrezajo plinastim ali hlapnim oksidom:

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5

d) Reakcije izmenjave - reakcije, med katerimi dve kompleksni snovi izmenjata svoje sestavine:

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O,
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O

1. 
   S spreminjanjem oksidacijskih stanj kemičnih elementov, ki tvorijo snovi

1. 
   Reakcije, ki se pojavijo s spremembo oksidacijskih stanj ali ORR:

∙2| N +5 + 3e – → N +2 (proces redukcije, element – ​​oksidant),

∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (proces oksidacije, element – ​​reducent),

8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

V organski kemiji:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

1. 
   Reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj kemičnih elementov:

Li 2 O + H 2 O → 2LiOH,
HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O

1. 
   S toplotnim učinkom

1. 
   Pojavijo se eksotermne reakcije s sproščanjem energije:

C + O 2 → CO 2 + Q,
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

1. 
   Endotermne reakcije se pojavijo z absorpcijo energije:

СaCO 3 → CaO + CO 2 - Q

C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q

1. 
   Glede na agregatno stanje reagirajočih snovi

1. 
   Heterogene reakcije so reakcije, med katerimi so reaktanti in produkti reakcije v različnih agregacijskih stanjih:

Fe(sol) + CuSO 4 (sol) → Cu(sol) + FeSO 4 (sol),
CaC 2 (trdna snov) + 2H 2 O (l) → Ca(OH) 2 (raztopina) + C 2 H 2 (g)

1. 
   Homogene reakcije so reakcije, pri katerih so reaktanti in produkti reakcije v istem agregatno stanje:

H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl (g),
2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) → 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

1. 
   Z udeležbo katalizatorja

1. 
   Nekatalitične reakcije, ki potekajo brez sodelovanja katalizatorja:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O, C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

1. 
   Katalitske reakcije, ki vključujejo katalizatorje:

MnO2

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

1. 
   Po smeri

1. 
   Ireverzibilne reakcije potekajo pod temi pogoji samo v eno smer:

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

1. 
   Reverzibilne reakcije pod temi pogoji tečejo hkrati v dveh nasprotnih smereh: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

1. 
   Glede na pretočni mehanizem

1. 
   Radikalni mehanizem.

A: B → A· + ·B

Pride do homolitične (enake) cepitve vezi. Med hemolitično cepitvijo se par elektronov, ki tvori vez, razdeli tako, da vsak od nastalih delcev prejme en elektron. V tem primeru nastanejo radikali - nenabiti delci z nesparjenimi elektroni. Radikali so zelo reaktivni delci; reakcije, ki jih vključujejo, potekajo v plinski fazi z veliko hitrostjo in pogosto z eksplozijo.

Med radikali in molekulami, ki nastanejo med reakcijo, pride do radikalskih reakcij:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

Primeri: reakcije zgorevanja organskih in ne organske snovi, sinteza vode, amoniaka, reakcije halogeniranja in nitriranja alkanov, izomerizacija in aromatizacija alkanov, katalitična oksidacija alkanov, polimerizacija alkenov, vinil klorid itd.

1. 
   Ionski mehanizem.

A: B → :A - + B +

Pride do heterolitske (neenake) cepitve vezi, pri čemer oba vezna elektrona ostaneta z enim od prej vezanih delcev. Nastanejo nabiti delci (kationi in anioni).

Ionske reakcije se pojavijo v raztopinah med ioni, ki že obstajajo ali so nastali med reakcijo.

Na primer, v anorganski kemiji je to medsebojno delovanje elektrolitov v raztopini; v organski kemiji so to adicijske reakcije na alkene, oksidacija in dehidrogenacija alkoholov, substitucija alkoholne skupine in druge reakcije, ki označujejo lastnosti aldehidov in karboksilnih kislin.

1. 
   Glede na vrsto energije, ki sproži reakcijo:

1. 
   Fotokemične reakcije nastanejo ob izpostavitvi svetlobnim kvantom. Na primer sinteza vodikovega klorida, interakcija metana s klorom, proizvodnja ozona v naravi, procesi fotosinteze itd.
2. 
   Radiacijske reakcije sprožijo visokoenergijska sevanja (rentgenski žarki, žarki γ).
3. 
   Sprožijo se elektrokemične reakcije električni tok, na primer med elektrolizo.
4. 
   Termokemijske reakcije sproži toplotna energija. Te vključujejo vse endotermne reakcije in številne eksotermne reakcije, ki zahtevajo toploto za začetek.

Klasifikacija kemijskih reakcij v anorganski in organski kemiji

Kemijske reakcije ali kemični pojavi so procesi, pri katerih iz nekaterih snovi nastanejo druge, ki se od njih razlikujejo po sestavi in ​​(ali) strukturi.

Pri kemijskih reakcijah nujno pride do spremembe snovi, pri kateri pride do trganja starih in tvorbe novih vezi med atomi.

Kemijske reakcije je treba razlikovati od jedrske reakcije. Kot posledica kemične reakcije skupno število atomi posameznega kemičnega elementa in njegova izotopska sestava se ne spremenijo. Druga zadeva jedrske reakcije- procesi preoblikovanja atomskih jeder kot posledica njihove interakcije z drugimi jedri oz elementarni delci, na primer pretvorba aluminija v magnezij:

$↙(13)↖(27)(Al)+ ()↙(1)↖(1)(H)=()↙(12)↖(24)(Mg)+()↙(2)↖(4 )(On)$

Klasifikacija kemijskih reakcij je večplastna, tj. lahko temelji na različnih značilnostih. Toda katera koli od teh značilnosti lahko vključuje reakcije med anorganskimi in organskimi snovmi.

Razmislimo o razvrstitvi kemijskih reakcij po različnih merilih.

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na število in sestavo reaktantov. Reakcije, ki se pojavijo brez spremembe sestave snovi

V anorganski kemiji takšne reakcije vključujejo procese pridobivanja alotropskih modifikacij enega kemičnega elementa, na primer:

$С_((grafit))⇄С_((diamant))$

$S_((rombični))⇄S_((monoklinski))$

$Р_((bela))⇄Р_((rdeča))$

$Sn_((bela pločevina))⇄Sn_((siva pločevina))$

$3О_(2(kisik))⇄2О_(3(ozon))$.

V organski kemiji lahko ta vrsta reakcije vključuje reakcije izomerizacije, ki se pojavijo brez spreminjanja ne le kvalitativne, ampak tudi kvantitativne sestave molekul snovi, na primer:

1. Izomerizacija alkanov.

Reakcija izomerizacije alkanov ima veliko praktični pomen, ker ogljikovodiki izostrukture imajo manjšo sposobnost detonacije.

2. Izomerizacija alkenov.

3. Izomerizacija alkinov(reakcija A.E. Favorskega).

4. Izomerizacija haloalkanov(A.E. Favorsky).

5. Izomerizacija amonijevega cianata s segrevanjem.

Sečnino je prvi sintetiziral F. Wöhler leta 1882 z izomerizacijo amonijevega cianata pri segrevanju.

Reakcije, ki se pojavijo s spremembo sestave snovi

Ločimo štiri vrste takih reakcij: kombinacijo, razgradnjo, substitucijo in izmenjavo.

1. Reakcije spojin- To so reakcije, pri katerih iz dveh ali več snovi nastane ena kompleksna snov.

V anorganski kemiji lahko celotno paleto reakcij spojin obravnavamo na primeru reakcij za proizvodnjo žveplove kisline iz žvepla:

1) pridobivanje žveplovega oksida (IV):

$S+O_2=SO_2$ - ena kompleksna snov nastane iz dveh enostavnih snovi;

2) pridobivanje žveplovega oksida (VI):

$2SO_2+O_2(⇄)↖(t,p,cat.)2SO_3$ - ena kompleksna snov nastane iz preprostih in kompleksnih snovi;

3) pridobivanje žveplove kisline:

$SO_3+H_2O=H_2SO_4$ - dve kompleksni snovi tvorita eno kompleksno snov.

Primer sestavljene reakcije, pri kateri ena kompleksna snov nastane iz več kot dveh začetnih snovi, je končna stopnja proizvodnje dušikove kisline:

$4NO_2+O_2+2H_2O=4HNO_3$.

V organski kemiji se reakcije spajanja običajno imenujejo adicijske reakcije. Celotno paleto takšnih reakcij je mogoče obravnavati na primeru bloka reakcij, ki označujejo lastnosti nenasičenih snovi, na primer etilena:

1) reakcija hidrogeniranja - dodajanje vodika:

$CH_2(=)↙(eten)CH_2+H_2(→)↖(Ni,t°)CH_3(-)↙(etan)CH_3;$

2) reakcija hidratacije - dodajanje vode:

$CH_2(=)↙(eten)CH_2+H_2O(→)↖(H_3PO_4,t°)(C_2H_5OH)↙(etanol);$

3) reakcija polimerizacije:

$(nCH_2=CH_2)↙(etilen)(→)↖(p,kat.,t°)((-CH_2-CH_2-)_n)↙(polietilen)$

2. Reakcije razgradnje- To so reakcije, pri katerih iz ene kompleksne snovi nastane več novih snovi.

V anorganski kemiji lahko celotno paleto takšnih reakcij obravnavamo na primeru bloka reakcij za proizvodnjo kisika z laboratorijskimi metodami:

1) razgradnja živosrebrovega (II) oksida:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$ - iz ene kompleksne snovi nastaneta dve enostavni;

2) razgradnja kalijevega nitrata:

$2KNO_3(→)↖(t°)2KNO_2+O_2$ - iz ene kompleksne snovi nastaneta ena enostavna in ena kompleksna;

3) razgradnja kalijevega permanganata:

$2KMnO_4(→)↖(t°)K_2MnO_4+MnO_2+O_2$ - iz ene kompleksne snovi nastaneta dve kompleksni in ena preprosta, t.j. tri nove snovi.

V organski kemiji lahko reakcije razgradnje obravnavamo na primeru bloka reakcij za proizvodnjo etilena v laboratoriju in industriji:

1) reakcija dehidracije (izločanje vode) etanola:

$C_2H_5OH(→)↖(H_2SO_4,t°)CH_2=CH_2+H_2O;$

2) reakcija dehidrogenacije (izločanje vodika) etana:

$CH_3—CH_3(→)↖(Cr_2O_3,500°C)CH_2=CH_2+H_2;$

3) reakcija propanskega krekinga:

$CH_3-CH_2CH_3(→)↖(t°)CH_2=CH_2+CH_4.$

3. Nadomestne reakcije- to so reakcije, pri katerih atomi preproste snovi nadomestijo atome elementa v kompleksni snovi.

V anorganski kemiji je primer takšnih procesov blok reakcij, ki označujejo lastnosti, na primer, kovin:

1) interakcija alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin z vodo:

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$

2) interakcija kovin s kislinami v raztopini:

$Zn+2HCl=ZnCl_2+H_2$;

3) interakcija kovin s solmi v raztopini:

$Fe+CuSO_4=FeSO_4+Cu;$

4) metalotermija:

$2Al+Cr_2O_3(→)↖(t°)Al_2O_3+2Cr$.

Predmet proučevanja organske kemije niso enostavne snovi, ampak samo spojine. Zato kot primer substitucijske reakcije predstavljamo največ značilna lastnost nasičenih spojin, zlasti metana, je sposobnost njegovih vodikovih atomov, da se nadomestijo z atomi halogenov:

$CH_4+Cl_2(→)↖(hν)(CH_3Cl)↙(klorometan)+HCl$,

$CH_3Cl+Cl_2→(CH_2Cl_2)↙(diklorometan)+HCl$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→(CHCl_3)↙(triklorometan)+HCl$,

$CHCl_3+Cl_2→(CCl_4)↙(ogljikov tetraklorid)+HCl$.

Drug primer je bromiranje aromatična spojina(benzen, toluen, anilin):

Bodimo pozorni na posebnost substitucijskih reakcij v organskih snoveh: kot posledica takšnih reakcij ne nastaneta enostavna in kompleksna snov, kot v anorganski kemiji, ampak dve kompleksni snovi.

V organski kemiji substitucijske reakcije vključujejo tudi nekatere reakcije med dvema kompleksnima snovema, na primer nitriranje benzena:

$C_6H_6+(HNO_3)↙(benzen)(→)↖(H_2SO_4(konc.),t°)(C_6H_5NO_2)↙(nitrobenzen)+H_2O$

Formalno gre za reakcijo izmenjave. Dejstvo, da gre za substitucijsko reakcijo, postane jasno šele ob upoštevanju njenega mehanizma.

4. Reakcije izmenjave- To so reakcije, pri katerih dve kompleksni snovi izmenjata svoje sestavne dele.

Te reakcije označujejo lastnosti elektrolitov in v raztopinah potekajo po Bertholletovem pravilu, tj. samo, če je rezultat tvorba oborine, plina ali rahlo disociirajoče snovi (na primer $H_2O$).

V anorganski kemiji je to lahko blok reakcij, ki na primer označujejo lastnosti alkalij:

1) reakcija nevtralizacije, ki se pojavi s tvorbo soli in vode:

$NaOH+HNO_3=NaNO_3+H_2O$

ali v ionski obliki:

$OH^(-)+H^(+)=H_2O$;

2) reakcija med alkalijo in soljo, ki se pojavi s tvorbo plina:

$2NH_4Cl+Ca(OH)_2=CaCl_2+2NH_3+2H_2O$

ali v ionski obliki:

$NH_4^(+)+OH^(-)=NH_3+H_2O$;

3) reakcija med alkalijo in soljo, ki se pojavi s tvorbo oborine:

$CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2↓+K_2SO_4$

ali v ionski obliki:

$Cu^(2+)+2OH^(-)=Cu(OH)_2↓$

V organski kemiji lahko upoštevamo blok reakcij, ki na primer označujejo lastnosti ocetne kisline:

1) reakcija, ki se pojavi s tvorbo šibek elektrolit— $H_2O$:

$CH_3COOH+NaOH⇄NaCH_3COO+H_2O$

$CH_3COOH+OH^(-)⇄CH_3COO^(-)+H_2O$;

2) reakcija, ki se pojavi s tvorbo plina:

$2CH_3COOH+CaCO_3=2CH_3COO^(-)+Ca^(2+)+CO_2+H_2O$;

3) reakcija, ki se pojavi s tvorbo oborine:

$2CH_3COOH+K_2SiO_3=2KCH_3COO+H_2SiO_3↓$

$2CH_3COOH+SiO_3^(−)=2CH_3COO^(−)+H_2SiO_3↓$.

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na spremembe oksidacijskih stanj kemičnih elementov, ki tvorijo snovi

Reakcije, ki se pojavijo s spremembo oksidacijskih stanj elementov ali redoks reakcije.

Te vključujejo številne reakcije, vključno z vsemi substitucijskimi reakcijami, pa tudi tiste reakcije združevanja in razgradnje, v katerih je udeležena vsaj ena preprosta snov, na primer:

1.$(Mg)↖(0)+(2H)↖(+1)+SO_4^(-2)=(Mg)↖(+2)SO_4+(H_2)↖(0)$

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(redukcijsko sredstvo)(→)↖(oksidacija)(Mg)↖(+2)$

$((2H)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oksidant)(→)↖(redukcija)(H_2)↖(0)$

2.$(2Mg)↖(0)+(O_2)↖(0)=(2Mg)↖(+2)(O)↖(-2)$

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(redukcijsko sredstvo)(→)↖(oksidacija)(Mg)↖(+2)|4|2$

$((O_2)↖(0)+4(e)↖(-))↙(oksidant)(→)↖(redukcija)(2O)↖(-2)|2|1$

Kot se spomnite, so kompleksne redoks reakcije sestavljene z uporabo metode elektronskega ravnovesja:

$(2Fe)↖(0)+6H_2(S)↖(+6)O_(4(k))=(Fe_2)↖(+3)(SO_4)_3+3(S)↖(+4)O_2+ 6H_2O $

$((Fe)↖(0)-3(e)↖(-))↙(redukcijsko sredstvo)(→)↖(oksidacija)(Fe)↖(+3)|2$

$((S)↖(+6)+2(e)↖(-))↙(oksidant)(→)↖(redukcija)(S)↖(+4)|3$

V organski kemiji so osupljiv primer redoks reakcij lastnosti aldehidov:

1. Aldehidi se reducirajo v ustrezne alkohole:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(H_2)↖(0))↙(\text"aceticaldehyde") ( →)↖(Ni,t°)(CH_3-(C)↖(-1)(H_2)↖(+1)(O)↖(-2)(H)↖(+1))↙(\text " etilni alkohol")$

$((C)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oksidant)(→)↖(redukcija)(C)↖(-1)|1$

$((H_2)↖(0)-2(e)↖(-))↙(redukcijsko sredstvo)(→)↖(oksidacija)2(H)↖(+1)|1$

2. Aldehidi se oksidirajo v ustrezne kisline:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(Ag_2)↖(+1)(O)↖(-2)) ↙(\text"aceticaldehyde"))(→)↖(t°)(CH_3-(Ag)↖(0)(C)↖(+3)(O)↖(-2)(OH)↖(-2 +1)+2(Ag)↖(0)↓)↙(\text"etilni alkohol")$

$((C)↖(+1)-2(e)↖(-))↙(redukcijsko sredstvo)(→)↖(oksidacija)(C)↖(+3)|1$

$(2(Ag)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(oksidant)(→)↖(redukcija)2(Ag)↖(0)|1$

Reakcije, ki potekajo brez spreminjanja oksidacijskih stanj kemičnih elementov.

Sem spadajo na primer vse reakcije ionske izmenjave, pa tudi:

• številne reakcije spojin:

$Li_2O+H_2O=2LiOH;$

• številne reakcije razgradnje:

$2Fe(OH)_3(→)↖(t°)Fe_2O_3+3H_2O;$

• reakcije esterifikacije:

$HCOOH+CH_3OH⇄HCOOCH_3+H_2O$.

Razvrstitev kemijskih reakcij po toplotnem učinku

Glede na toplotni učinek delimo reakcije na eksotermne in endotermne.

Eksotermne reakcije.

Te reakcije potekajo s sproščanjem energije.

Sem spadajo skoraj vse reakcije spojin. Redka izjema je endotermna reakcija sinteze dušikovega oksida (II) iz dušika in kisika ter reakcija vodikovega plina s trdnim jodom:

$N_2+O_2=2NE - Q$,

$H_(2(g))+I(2(t))=2HI - Q$.

Eksotermne reakcije, ki nastanejo ob sproščanju svetlobe, so razvrščene kot reakcije zgorevanja, na primer:

$4P+5O_2=2P_2O_5+Q,$

$CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O+Q$.

Hidrogeniranje etilena je primer eksotermne reakcije:

$CH_2=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3-CH_3+Q$

Deluje pri sobni temperaturi.

Endotermne reakcije

Te reakcije potekajo z absorpcijo energije.

Očitno so to skoraj vse reakcije razgradnje, na primer:

a) žganje apnenca:

$CaCO_3(→)↖(t°)CaO+CO_2-Q;$

b) kreking butana:

Količina energije, ki se sprosti ali absorbira kot posledica reakcije, se imenuje toplotni učinek reakcije, enačba kemijske reakcije, ki kaže ta učinek, pa se imenuje termokemična enačba , na primer:

$H_(2(g))+Cl_(2(g))=2HCl_((g))+92,3 kJ,$

$N_(2(g))+O_(2(g))=2NO_((g)) - 90,4 kJ$.

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na agregatno stanje reagirajočih snovi (fazna sestava)

Heterogene reakcije.

To so reakcije, pri katerih so reaktanti in produkti reakcije v različnih agregacijskih stanjih (v različnih fazah):

$2Al_((t))+3CuCl_(2(sol))=3Cu_((t))+2AlCl_(3(sol))$,

$CaC_(2(t))+2H_2O_((l))=C_2H_2+Ca(OH)_(2(raztopina))$.

Homogene reakcije.

To so reakcije, pri katerih so reaktanti in produkti reakcije v istem agregatnem stanju (v isti fazi):

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na udeležbo katalizatorja

Nekatalitične reakcije.

Pojavijo se nekatalitske reakcije brez sodelovanja katalizatorja:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$,

$C_2H_4+3O_2(→)↖(t°)2CO_2+2H_2O$.

Katalitske reakcije.

Potekajo katalitične reakcije s sodelovanjem katalizatorja:

$2KClO_3(→)↖(MnO_2,t°)2KCl+3O_2,$

$(C_2H_5OH)↙(etanol)(→)↖(H_2SO-4,t°)(CH_2=CH_2)↙(eten)+H_2O$

Ker vse biološke reakcije, ki se pojavljajo v celicah živih organizmov, potekajo s sodelovanjem posebnih bioloških katalizatorjev beljakovinske narave - encimov, so vse katalitične ali, natančneje, encimski.

Opozoriti je treba, da več kot 70 % $ kemične industrije uporablja katalizatorje.

Razvrstitev kemijskih reakcij po smeri

Ireverzibilne reakcije.

Ireverzibilne reakcije teče pod temi pogoji le v eno smer.

Sem sodijo vse reakcije izmenjave, ki jih spremlja tvorba oborine, plina ali rahlo disociirajoče snovi (voda), in vse reakcije zgorevanja.

Reverzibilne reakcije.

Reverzibilne reakcije pod temi pogoji potekajo istočasno v dveh nasprotnih smereh.

Velika večina takih reakcij je.

V organski kemiji se znak reverzibilnosti odraža z antonimi procesov:

• hidrogeniranje - dehidrogenacija;
• hidracija - dehidracija;
• polimerizacija - depolimerizacija.

Vse reakcije esterifikacije (nasprotni proces, kot veste, se imenuje hidroliza) in hidroliza beljakovin so reverzibilne, estri, ogljikovi hidrati, polinukleotidi. Reverzibilnost je osnova najpomembnejši proces v živem organizmu – metabolizem.

Kemijske reakcije- to so procesi, zaradi katerih iz nekaterih snovi nastanejo druge, ki se od njih razlikujejo po sestavi in ​​(ali) strukturi.

Razvrstitev reakcij:

jaz Glede na število in sestavo reaktantov in reakcijskih produktov:

1) Reakcije, ki se pojavijo brez spremembe sestave snovi:

V anorganski kemiji so to reakcije pretvorbe nekaterih alotropskih modifikacij v druge:

C (grafit) → C (diamant); P (bela) → P (rdeča).

V organski kemiji so to reakcije izomerizacije - reakcije, zaradi katerih nastanejo molekule ene snovi iz molekul drugih snovi enake kvalitativne in kvantitativne sestave, tj. z isto molekulsko formulo, vendar drugačno strukturo.

CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH-CH 3

n-butan 2-metilpropan (izobutan)

2) Reakcije, ki se pojavijo s spremembo sestave snovi:

a) Reakcije spojin (v organski kemiji adicije) - reakcije, med katerimi dve ali več snovi tvorijo eno bolj kompleksno: S + O 2 → SO 2

V organski kemiji so to reakcije hidrogeniranja, halogeniranja, hidrohalogeniranja, hidratacije, polimerizacije.

CH 2 = CH 2 + HOH → CH 3 – CH 2 OH

b) Reakcije razgradnje (v organski kemiji eliminacija, eliminacija) - reakcije, med katerimi nastane več novih snovi iz ene kompleksne snovi:

CH 3 – CH 2 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

V organski kemiji so primeri reakcij izločanja dehidrogenacija, dehidracija, dehidrohalogenacija in kreking.

c) Substitucijske reakcije - reakcije, med katerimi atomi enostavne snovi zamenjajo atome nekega elementa v kompleksni snovi (v organski kemiji sta reaktanta in produkta reakcije pogosto dve kompleksni snovi).

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl; 2Na+ 2H 2 O→ 2NaOH + H 2

Primerov substitucijskih reakcij, ki jih ne spremlja sprememba oksidacijskih stanj atomov, je zelo malo. Opozoriti je treba na reakcijo silicijevega oksida s solmi kislin, ki vsebujejo kisik, ki ustrezajo plinastim ali hlapnim oksidom:

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5

d) Reakcije izmenjave - reakcije, med katerimi dve kompleksni snovi izmenjata svoje sestavine:

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O,
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O

II. S spreminjanjem oksidacijskih stanj kemičnih elementov, ki tvorijo snovi

1) Reakcije, ki se pojavijo s spremembo oksidacijskih stanj ali ORR:

∙2| N +5 + 3e – → N +2 (proces redukcije, element – ​​oksidant),

∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (proces oksidacije, element – ​​reducent),

8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

V organski kemiji:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

2) Reakcije, ki se pojavijo brez spreminjanja oksidacijskih stanj kemičnih elementov:

Li 2 O + H 2 O → 2LiOH,
HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O

III. S toplotnim učinkom

1) Eksotermne reakcije se pojavijo s sproščanjem energije:

C + O 2 → CO 2 + Q,
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

2) Endotermne reakcije se pojavijo z absorpcijo energije:

СaCO 3 → CaO + CO 2 - Q

C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q

IV. Glede na agregatno stanje reagirajočih snovi

1) Heterogene reakcije - reakcije, med katerimi so reaktanti in reakcijski produkti v različnih agregacijskih stanjih:

Fe(sol) + CuSO 4 (sol) → Cu(sol) + FeSO 4 (sol),
CaC 2 (trdna snov) + 2H 2 O (l) → Ca(OH) 2 (raztopina) + C 2 H 2 (g)

2) Homogene reakcije - reakcije, med katerimi so reaktanti in reakcijski produkti v istem agregatnem stanju:

H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl (g),
2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) → 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

V. Z udeležbo katalizatorja

1) Nekatalitične reakcije, ki potekajo brez sodelovanja katalizatorja:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O, C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2) Katalitske reakcije, ki vključujejo katalizatorje:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

VI. Po smeri

1) Ireverzibilne reakcije potekajo pod danimi pogoji samo v eno smer:

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2) Reverzibilne reakcije pod temi pogoji potekajo hkrati v dveh nasprotnih smereh: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

VII. Glede na pretočni mehanizem

1) Radikalni mehanizem.

A: B → A· + ·B

Pride do homolitične (enake) cepitve vezi. Med hemolitično cepitvijo se par elektronov, ki tvori vez, razdeli tako, da vsak od nastalih delcev prejme en elektron. V tem primeru nastanejo radikali - nenabiti delci z nesparjenimi elektroni. Radikali so zelo reaktivni delci; reakcije, ki jih vključujejo, potekajo v plinski fazi z veliko hitrostjo in pogosto z eksplozijo.

Med radikali in molekulami, ki nastanejo med reakcijo, pride do radikalskih reakcij:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

Primeri: reakcije zgorevanja organskih in anorganskih snovi, sinteza vode, amoniaka, reakcije halogeniranja in nitriranja alkanov, izomerizacija in aromatizacija alkanov, katalitična oksidacija alkanov, polimerizacija alkenov, vinil klorid itd.

2) Ionski mehanizem.

A: B → :A - + B +

Pride do heterolitske (neenake) cepitve vezi, pri čemer oba vezna elektrona ostaneta z enim od prej vezanih delcev. Nastanejo nabiti delci (kationi in anioni).

Ionske reakcije potekajo v raztopinah med ioni, ki so že prisotni ali nastali med reakcijo.

Na primer, v anorganski kemiji je to medsebojno delovanje elektrolitov v raztopini; v organski kemiji so to adicijske reakcije na alkene, oksidacija in dehidrogenacija alkoholov, substitucija alkoholne skupine in druge reakcije, ki označujejo lastnosti aldehidov in karboksilnih kislin.

VIII. Glede na vrsto energije, ki sproži reakcijo:

1) Fotokemične reakcije nastanejo, ko so izpostavljene svetlobnim kvantom. Na primer sinteza vodikovega klorida, interakcija metana s klorom, proizvodnja ozona v naravi, procesi fotosinteze itd.

2) Radiacijske reakcije sprožijo visokoenergijska sevanja (rentgenski žarki, γ-žarki).

3) Elektrokemične reakcije se sprožijo z električnim tokom, na primer med elektrolizo.

4) Termokemične reakcije sproži toplotna energija. Te vključujejo vse endotermne reakcije in številne eksotermne reakcije, ki zahtevajo toploto za začetek.