Хімічні реакції в органічній та неорганічній хімії. Класифікація хімічних реакцій в органічній та неорганічній хімії. Карбонові кислоти. Класифікація хімічних реакцій у неорганічній та органічній хімії

1) Перша ознака класифікації – зміни ступеня окислення елементів, що утворюють реагенти і продукти.
а) окиснювально-відновлювальні

FeS 2 + 18HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + 2H 2 SO 4 + 15NO 2 + 7H 2 O
б) без зміни ступеня окиснення

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O
Окисно-відновниминазивають реакції, що супроводжуються зміною ступенів окиснення хімічних елементів, що входять до складу реагентів. До окислювально-відновним у неорганічній хімії відносяться всі реакції заміщення і ті реакції розкладання та сполуки, в яких бере участь хоча б одна проста речовина. До реакцій, що йдуть без зміни ступенів окиснення елементів, що утворюють реагенти та продукти реакції, відносяться всі реакції обміну.

2) Хімічні реакції класифікуються за характером процесу, тобто за кількістю та складом реагентів та продуктів.
-реакції з'єднання або приєднанняв органічній хімії.
Щоб вступити в реакцію приєднання, органічна молекула повинна мати кратний зв'язок (або цикл), ця молекула буде головною (субстрат). Простіша молекула (часто неорганічна речовина, реагент) приєднується за місцем розриву кратного зв'язку або розкриття циклу.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

CaO + CO2 = CaCO3

-Реакції розкладання.
Реакції розкладання можна як процеси, зворотні соединению.

C 2 H 5 Br = C 2 H 4 + HBr

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

- Реакції заміщення.
Їхня відмітна ознака - взаємодія простої речовини зі складною. Такі реакції є і в органічній хімії.
Проте поняття «заміщення» в органіці ширше, ніж у неорганічній хімії. Якщо молекулі вихідної речовини якийсь атом або функціональна група замінюються на інший атом або групу, це також реакції заміщення, хоча з точки зору неорганічної хімії процес виглядає як реакція обміну.

Zn + CuSO 4 = Cu + ZnSO 4

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
- Обміну (у тому числі і нейтралізації).

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O

KCl + AgNO 3 = AgCl + KNO 3

3) По можливості протікати у зворотному напрямку – оборотні та необоротні.

4) За типом розриву зв'язків – гомолітичні (рівний розрив, кожен атом по 1 електрону отримує) та гетеролітичний (нерівний розрив – одному дістається пара електронів)

5) По тепловому ефекту
екзотермічні (виділення тепла) та ендотермічні (поглинання тепла). Реакції сполуки зазвичай будуть реакціями екзотермічними, а реакції розкладання - ендотермічними. Рідкісний виняток - реакція азоту з киснем - ендотермічна:
N2 + О2 → 2NO - Q

6) По фазі
а) Гомогенні (однорідні речовини, в одній фазі, наприклад, г-г, реакції в розчинах)
б) Гетерогенні (г-ж, г-тв, ж-тв, реакції між рідинами, що не змішуються)

7) По використанню каталізатора. Каталізатор – речовина, що прискорює хімічну реакцію.
а) каталітичні (зокрема і ферментативні) – без використання каталізатора мало йдуть.
б) некаталітичні.

Класифікацію хімічних реакцій у неорганічній та органічній хімії здійснюють на підставі різних класифікуючих ознак, відомості про які наведені у таблиці нижче.

Необоротниминазивають реакції, що протікають у прямому напрямі, у яких утворюються продукти, не взаємодіючі між собою. До незворотних відносять хімічні реакції, в результаті яких утворюються малодисоційовані сполуки, відбувається виділення великої кількості енергії, а також ті, в яких кінцеві продукти йдуть зі сфери реакції в газоподібному вигляді або у вигляді осаду, наприклад:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2 Ca + O 2 = 2 CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

Оборотниминазивають хімічні реакції, що протікають при даній температурі одночасно у двох протилежних напрямках з порівнянними швидкостями. Під час запису рівнянь таких реакцій знак рівності замінюють протилежно спрямованими стрілками. Найпростішим прикладом оборотної реакції є синтез аміаку взаємодією азоту та водню:

N 2 +3H 2 ↔2NH 3

За типом розриву хімічного зв'язку у вихідній молекулі розрізняють гомолітичні та гетеролітичні реакції.

Гомолітичниминазиваються реакції, у яких у результаті розриву зв'язків утворюються частинки, мають неспарений електрон - вільні радикали.

Гетеролітичниминазивають реакції, що протікають через утворення іонних частинок - катіонів та аніонів.

Радикальними(ланцюговими) називають хімічні реакції за участю радикалів, наприклад:

CH 4 + Cl 2 hv →CH 3 Cl + HCl

Іонниминазивають хімічні реакції, що протікають за участю іонів, наприклад:

KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Електрофільними називають гетеролітичні реакції органічних сполук з електрофілами - частинками, що несуть цілий чи дрібний позитивний заряд. Вони поділяються на реакції електрофільного заміщення та електрофільного приєднання, наприклад:

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

Нуклеофільними називають гетеролітичні реакції органічних сполук з нуклеофілами – частинками, що несуть цілий чи дрібний негативний заряд. Вони поділяються на реакції нуклеофільного заміщення та нуклеофільного приєднання, наприклад:

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
Екзотермічниминазивають хімічні реакції, які з виділенням теплоти. Умовне позначення зміни ентальпії (тепловмісту) ΔH, а теплового ефекту реакції Q. Для екзотермічних реакцій Q > 0, а ΔH< 0.

Ендотермічниминазивають хімічні реакції, що йдуть із поглинанням теплоти. Для ендотермічних реакцій Q< 0, а ΔH > 0.

Гомогенніназивають реакції, які у однорідної середовищі.

Гетерогенниминазивають реакції, що протікають у неоднорідному середовищі, на поверхні зіткнення реагуючих речовин, що знаходяться в різних фазах, наприклад, твердої та газоподібної, рідкої та газоподібної, у двох рідинах, що не змішуються.

Каталітичні реакції протікають лише у присутності каталізатора. Некаталітичні реакції йдуть без каталізатора.

Класифікація органічних реакцій наведена у таблиці:

Класифікацію хімічних реакцій у неорганічній та органічній хімії здійснюють на підставі різних класифікуючих ознак, відомості про які наведені у таблиці нижче.

По зміні ступеня окиснення елементів

Перший ознака класифікації - зміни ступеня окислення елементів, що утворюють реагенти і продукти.
а) окиснювально-відновлювальні
б) без зміни ступеня окиснення
Окисно-відновниминазивають реакції, що супроводжуються зміною ступенів окиснення хімічних елементів, що входять до складу реагентів. До окислювально-відновним у неорганічній хімії відносяться всі реакції заміщення і ті реакції розкладання та сполуки, в яких бере участь хоча б одна проста речовина. До реакцій, що йдуть без зміни ступенів окиснення елементів, що утворюють реагенти та продукти реакції, відносяться всі реакції обміну.

За кількістю та складом реагентів та продуктів

Хімічні реакції класифікуються за характером процесу, тобто за кількістю та складом реагентів та продуктів.

Реакціями з'єднанняназивають хімічні реакції, внаслідок яких складні молекули виходять з кількох більш простих, наприклад:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

Реакціями розкладанняназивають хімічні реакції, внаслідок яких прості молекули виходять із складніших, наприклад:
CaCO 3 = CaO + CO 2

Реакції розкладання можна як процеси, зворотні соединению.

Реакціями заміщенняназивають хімічні реакції, внаслідок яких атом або група атомів у молекулі речовини заміщується на інший атом або групу атомів, наприклад:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 

Їхня відмітна ознака - взаємодія простої речовини зі складною. Такі реакції є і в органічній хімії.
Проте поняття «заміщення» в органіці ширше, ніж у неорганічній хімії. Якщо молекулі вихідної речовини якийсь атом або функціональна група замінюються на інший атом або групу, це також реакції заміщення, хоча з точки зору неорганічної хімії процес виглядає як реакція обміну.
- Обміну (у тому числі і нейтралізації).
Реакціями обмінуназивають хімічні реакції, що протікають без зміни ступенів окиснення елементів і призводять до обміну складових частин реагентів, наприклад:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

По можливості протікати у зворотному напрямку

По можливості протікати у зворотному напрямку – оборотні та необоротні.

Оборотниминазивають хімічні реакції, що протікають при даній температурі одночасно у двох протилежних напрямках з порівнянними швидкостями. Під час запису рівнянь таких реакцій знак рівності замінюють протилежно спрямованими стрілками. Найпростішим прикладом оборотної реакції є синтез аміаку взаємодією азоту та водню:

N 2 +3H 2 ↔2NH 3

Необоротниминазивають реакції, що протікають у прямому напрямі, у яких утворюються продукти, не взаємодіючі між собою. До незворотних відносять хімічні реакції, в результаті яких утворюються малодисоційовані сполуки, відбувається виділення великої кількості енергії, а також ті, в яких кінцеві продукти йдуть зі сфери реакції в газоподібному вигляді або у вигляді осаду, наприклад:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2 Ca + O 2 = 2 CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

По тепловому ефекту

Екзотермічниминазивають хімічні реакції, які з виділенням теплоти. Умовне позначення зміни ентальпії (тепловмісту) ΔH, а теплового ефекту реакції Q. Для екзотермічних реакцій Q > 0, а ΔH< 0.

Ендотермічниминазивають хімічні реакції, що йдуть із поглинанням теплоти. Для ендотермічних реакцій Q< 0, а ΔH > 0.

Реакції сполуки зазвичай будуть реакціями екзотермічними, а реакції розкладання - ендотермічними. Рідкісний виняток - реакція азоту з киснем - ендотермічна:
N2 + О2 → 2NO - Q

По фазі

Гомогенніназивають реакції, що протікають в однорідному середовищі (однорідні речовини, в одній фазі, наприклад р, реакції в розчинах).

Гетерогенниминазивають реакції, що протікають у неоднорідному середовищі, на поверхні зіткнення реагуючих речовин, що знаходяться в різних фазах, наприклад, твердої та газоподібної, рідкої та газоподібної, у двох рідинах, що не змішуються.

По використанню каталізатора

Каталізатор – речовина, що прискорює хімічну реакцію.

Каталітичні реакціїпротікають лише у присутності каталізатора (зокрема і ферментативні).

Некаталітичні реакціїйдуть без каталізатора.

За типом розриву зв'язків

За типом розриву хімічного зв'язку у вихідній молекулі розрізняють гомолітичні та гетеролітичні реакції.

Гомолітичниминазиваються реакції, у яких у результаті розриву зв'язків утворюються частинки, мають неспарений електрон - вільні радикали.

Гетеролітичниминазивають реакції, що протікають через утворення іонних частинок - катіонів та аніонів.

• гомолітичні (рівний розрив, кожен атом по 1 електрону отримує)
• гетеролітичний (нерівний розрив – одному дістається пара електронів)

Радикальними(ланцюговими) називають хімічні реакції за участю радикалів, наприклад:

CH 4 + Cl 2 hv →CH 3 Cl + HCl

Іонниминазивають хімічні реакції, що протікають за участю іонів, наприклад:

KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Електрофільними називають гетеролітичні реакції органічних сполук з електрофілами - частинками, що несуть цілий чи дрібний позитивний заряд. Вони поділяються на реакції електрофільного заміщення та електрофільного приєднання, наприклад:

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

Нуклеофільними називають гетеролітичні реакції органічних сполук з нуклеофілами – частинками, що несуть цілий чи дрібний негативний заряд. Вони поділяються на реакції нуклеофільного заміщення та нуклеофільного приєднання, наприклад:

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

Класифікація органічних реакцій

Класифікація органічних реакцій наведена у таблиці:

Хімічні реакції- Це процеси, в результаті яких з одних речовин утворюються інші, що відрізняються від них за складом та (або) будовою.

Класифікація реакцій:

1. 
   За кількістю та складом реагуючих речовин та продуктів реакції:

1. 
   Реакції, що йдуть без зміни складу речовини:

У неорганічній хімії це реакції перетворення одних алотропних модифікацій на інші:

C (графіт) → C (алмаз); P (білий) → P (червоний).

У органічній хімії це реакції ізомеризації – реакції, у яких з молекул однієї речовини утворюються молекули інших речовин тієї самої якісного і кількісного складу, тобто. з тією ж молекулярною формулою, але іншою будовою.

СН 2 -СН 2 -СН 3 → СН 3 -СН-СН 3

н-бутан 2-метилпропан (ізобутан)

1. 
   Реакції, що йдуть зі зміною складу речовини:

а) Реакції сполуки (в органічній хімії приєднання) – реакції, у ході яких із двох і більше речовин утворюється одна складніша: S + O 2 → SO 2

В органічній хімії це реакції гідрування, галогенування, гідрогалогенування, гідратації, полімеризації.

СН 2 = СН 2 + НОН → СН 3 - СН 2 ВІН

б) Реакції розкладання (в органічній хімії відщеплення, елімінування) – реакції, під час яких із однієї складної речовини утворюється кілька нових речовин:

СН 3 - СН 2 ВІН → СН 2 = СН 2 + Н 2 О

2KNO 3 →2KNO 2 + O 2

В органічній хімії приклади реакцій відщеплення - дегідрування, дегідратація, дегідрогалогенування, крекінг.

в) Реакції заміщення – реакції, в ході яких атоми простої речовини замінюють атоми якогось елемента в складній речовині (в органічній хімії – реагентами та продуктами реакції часто є дві складні речовини).

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

Приклади реакцій заміщення, що не супроводжуються зміною ступенів окиснення атомів, украй нечисленні. Слід зазначити реакцію оксиду кремнію з солями кисневмісних кислот, яким відповідають газоподібні або леткі оксиди:

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 Про 5

г) Реакції обміну – реакції, під час яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами:

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

1. 
   По зміні ступенів окиснення хімічних елементів, що утворюють речовини

1. 
   Реакції, що йдуть зі зміною ступенів окиснення, або ОВР:

∙2| N +5 + 3e - → N +2 (процес відновлення, елемент - окислювач),

∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (процес окислення, елемент – відновник),

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

В органічній хімії:

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

1. 
   Реакції, що йдуть без зміни ступенів окиснення хімічних елементів:

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

1. 
   По тепловому ефекту

1. 
   Екзотермічні реакції протікають із виділенням енергії:

З + Про 2 → СО 2 + Q,
СH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

1. 
   Ендотермічні реакції протікають із поглинанням енергії:

СаCO 3 → CaO + CO 2 - Q

C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q

1. 
   По агрегатному стану реагуючих речовин

1. 
   Гетерогенні реакції – реакції, в ході яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться у різних агрегатних станах:

Fe(тв) + CuSO 4 (р-р) → Cu(тв) + FeSO 4 (р-р),
CaC 2 (тв) + 2H 2 O(ж) → Ca(OH) 2 (р-р) + C 2 H 2 (г)

1. 
   Гомогенні реакції – реакції, в ході яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться в одному агрегатному стані:

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

1. 
   За участю каталізатора

1. 
   Некаталітичні реакції, що йдуть без участі каталізатора:

2Н 2 + О 2 → 2Н 2 О, С 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О

1. 
   Каталітичні реакції, що йдуть за участю каталізаторів:

MnO 2

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

1. 
   У напрямку

1. 
   Необоротні реакції протікають в умовах лише в одному напрямку:

З 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О

1. 
   Оборотні реакції в даних умовах протікають одночасно у двох протилежних напрямках: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

1. 
   За механізмом протікання

1. 
   Радикальний механізм.

А: В → А · + В

Відбувається гомолітичний (рівноцінний) розрив зв'язку. При гемолітичному розриві пари електронів, що утворює зв'язок, ділиться таким чином, що кожна з частинок, що утворюються, отримує по одному електрону. При цьому утворюються радикали – незаряджені частинки з неспареними електрономами. Радикали – дуже реакційноздатні частки, реакції з участю відбуваються у газовій фазі з великою швидкістю і найчастіше з вибухом.

Радикальні реакції йдуть між утворюються в ході реакції радикалами та молекулами:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl +HCl

Приклади: реакції горіння органічних та неорганічних речовин, синтез води, аміаку, реакції галогенування та нітрування алканів, ізомеризація та ароматизація алканів, каталітичне окиснення алканів, полімеризація алкенів, вінілхлориду та ін.

1. 
   Іонний механізм.

А: В → :А - + В +

Відбувається гетеролітичний (нерівноцінний) розрив зв'язку, при цьому обидва електрони зв'язку залишаються з однією з раніше пов'язаних частинок. Утворюються заряджені частинок (катіони та аніони).

Іонні реакції йдуть у розчинах між наявними або утвореними в ході реакції іонами.

Наприклад, у неорганічній хімії – це взаємодія електролітів у розчині, в органічній хімії – це реакції приєднання до алкенів, окислення та дегідрування спиртів, заміщення спиртової групи та інші реакції, що характеризують властивості альдегідів та карбонових кислот.

1. 
   По виду енергії, що ініціює реакцію:

1. 
   Фотохімічні реакції відбуваються за впливу квантів світла. Наприклад, синтез хлороводню, взаємодія метану з хлором, отримання озону в природі, процеси фотосинтезу та ін.
2. 
   Радіаційні реакції ініціюються випромінюваннями великих енергій (рентгенівськими променями, γ-променями).
3. 
   Електрохімічні реакції ініціює електричний струм, наприклад, при електролізі.
4. 
   Термохімічні реакції ініціюються тепловою енергією. До них відносяться всі ендотермічні реакції та безліч екзотермічних, для ініціації яких необхідна теплота.

Класифікація хімічних реакцій у неорганічній та органічній хімії

Хімічні реакції, або хімічні явища, - це процеси, в результаті яких з одних речовин утворюються інші, що відрізняються від них за складом та (або) будовою.

При хімічних реакціях обов'язково відбувається зміна речовин, у якому рвуться старі та утворюються нові зв'язки між атомами.

Хімічні реакції слід відрізняти від ядерних реакційВ результаті хімічної реакції загальна кількість атомів кожного хімічного елемента та його ізотопний склад не змінюються. Інша справа ядерні реакції - процеси перетворення атомних ядер в результаті їх взаємодії з іншими ядрами або елементарними частинками, наприклад, перетворення алюмінію на магній:

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

Класифікація хімічних реакцій багатопланова, тобто. в її основу можуть бути покладені різні ознаки. Але під будь-якою з таких ознак можуть бути віднесені реакції між неорганічними, так і між органічними речовинами.

Розглянемо класифікацію хімічних реакцій за різними ознаками.

Класифікація хімічних реакцій за кількістю та складом реагуючих речовин. Реакції, що йдуть без зміни складу речовини

У неорганічній хімії до таких реакцій можна віднести процеси одержання алотропних модифікацій одного хімічного елемента, наприклад:

$С_((графіт))⇄С_((алмаз))$

$S_((ромбічна))⇄S_((моноклінова))$

$Р_((білий))⇄Р_((червоний))$

$Sn_((біле олово))⇄Sn_((сіре олово))$

$3О_(2(кисень))⇄2О_(3(озон))$.

В органічній хімії до цього типу реакцій можуть бути віднесені реакції ізомеризації, які йдуть без зміни як якісного, а й кількісного складу молекул речовин, наприклад:

1. Ізомеризація алканів.

Реакція ізомеризації алканів має велике практичного значення, т.к. вуглеводні изостроения мають меншу здатність до детонації.

2. Ізомеризація алкенів.

3. Ізомеризація алкінів(Реакція А. Є. Фаворського).

4. Ізомеризація галогеналканів(А. Є. Фаворський).

5. Ізомеризація ціанату амонію при нагріванні.

Вперше сечовина була синтезована Ф. Велером в 1882 ізомеризацією ціанату амонію при нагріванні.

Реакції, що йдуть зі зміною складу речовини

Можна виділити чотири типи таких реакцій: з'єднання, розкладання, заміщення та обміну.

1. Реакції з'єднання— це такі реакції, за яких із двох і більше речовин утворюється одна складна речовина.

У неорганічній хімії все різноманіття реакцій сполуки можна розглянути на прикладі реакцій одержання сірчаної кислоти із сірки:

1) одержання оксиду сірки (IV):

$S+O_2=SO_2$ — із двох простих речовин утворюється одна складна;

2) одержання оксиду сірки (VI):

$2SO_2+O_2(⇄)↖(t,p,кат.)2SO_3$ - з простого та складного речовин утворюється одна складна;

3) одержання сірчаної кислоти:

$SO_3+H_2O=H_2SO_4$ — із двох складних речовин утворюється одна складна.

Прикладом реакції з'єднання, при якій одна складна речовина утворюється більш ніж з двох вихідних, може бути заключна стадія отримання азотної кислоти:

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

В органічній хімії реакції сполуки прийнято називати реакціями приєднання. Все різноманіття таких реакцій можна розглянути на прикладі блоку реакцій, що характеризують властивості ненасичених речовин, наприклад:

1) реакція гідрування - приєднання водню:

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

2) реакція гідратації - приєднання води:

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

3) реакція полімеризації:

$(nCH_2=CH_2)↙(етилен)(→)↖(p,кат.,t°)((-CH_2-CH_2-)_n)↙(поліетилен)$

2. Реакції розкладання- Це такі реакції, при яких з однієї складної речовини утворюється кілька нових речовин.

У неорганічній хімії все різноманіття таких реакцій можна розглянути на прикладі блоку реакцій одержання кисню лабораторними способами:

1) розкладання оксиду ртуті (II):

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$ — з однієї складної речовини утворюються дві прості;

2) розкладання нітрату калію:

$2KNO_3(→)↖(t°)2KNO_2+O_2$ — з однієї складної речовини утворюються одна проста і одна складна;

3) розкладання перманганату калію:

$2KMnO_4(→)↖(t°)K_2MnO_4+MnO_2+O_2$ — з однієї складної речовини утворюються дві складні і одна проста, тобто. три нових речовини.

В органічній хімії реакції розкладання можна розглянути на прикладі блоку реакцій одержання етилену в лабораторії та промисловості:

1) реакція дегідратації (відщеплення води) етанолу:

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

2) реакція дегідрування (відщеплення водню) етану:

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

3) реакція крекінгу (розщеплення) пропану:

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

3. Реакції заміщення— це такі реакції, внаслідок яких атоми простої речовини замінюють атоми будь-якого елемента у складній речовині.

У неорганічній хімії прикладом таких процесів може бути блок реакцій, що характеризують властивості, наприклад, металів:

1) взаємодія лужних та лужноземельних металів з водою:

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

2) взаємодія металів із кислотами в розчині:

$Zn+2HCl=ZnCl_2+H_2$;

3) взаємодія металів із солями в розчині:

$Fe+CuSO_4=FeSO_4+Cu;$

4) металотермія:

$2Al+Cr_2O_3(→)↖(t°)Al_2O_3+2Cr$.

Предметом вивчення органічної хімії є прості речовини, лише сполуки. Тому як приклад реакції заміщення наведемо найбільш характерну властивість граничних сполук, зокрема метану, здатність його атомів водню заміщуватися на атоми галогену:

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

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

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

$CHCl_3+Cl_2→(CCl_4)↙(тетрахлорметан)+HCl$.

Інший приклад - бромування ароматичного з'єднання (бензолу, толуолу, аніліну):

Звернемо увагу на особливість реакцій заміщення в органічних речовин: у результаті таких реакцій утворюються не просте і складне речовини, як у неорганічній хімії, а дві складні речовини.

В органічній хімії до реакцій заміщення відносять деякі реакції між двома складними речовинами, наприклад, нітрування бензолу:

$C_6H_6+(HNO_3)↙(бензол)(→)↖(H_2SO_4(конц.),t°)(C_6H_5NO_2)↙(нітробензол)+H_2O$

Вона є формально реакцією обміну. Те, що це реакція заміщення, стає зрозумілим лише під час розгляду її механізму.

4. Реакції обміну— це такі реакції, у яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами.

Ці реакції характеризують властивості електролітів й у розчинах протікають за правилом Бертолле, тобто. тільки в тому випадку, якщо в результаті утворюється осад, газ або малодисоціююча речовина (наприклад, $Н_2О$).

У неорганічній хімії це може бути блок реакцій, що характеризують, наприклад, властивості лугів:

1) реакція нейтралізації, що йде з утворенням солі та води:

$NaOH+HNO_3=NaNO_3+H_2O$

або в іонному вигляді:

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

2) реакція між лугом і сіллю, що йде з утворенням газу:

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

або в іонному вигляді:

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

3) реакція між лугом і сіллю, що йде з утворенням осаду:

$CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2↓+K_2SO_4$

або в іонному вигляді:

$Cu^(2+)+2OH^(-)=Cu(OH)_2↓$

В органічній хімії можна розглянути блок реакцій, що характеризують, наприклад, властивості оцтової кислоти:

1) реакція, що йде з утворенням слабкого електроліту - $ H_2O $:

$CH_3COOH+NaOH⇄NaCH_3COO+H_2O$

$CH_3COOH+OH^(-)⇄CH_3COO^(-)+H_2O$;

2) реакція, що йде з утворенням газу:

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

3) реакція, що йде з утворенням осаду:

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

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

Класифікація хімічних реакцій щодо зміни ступенів окиснення хімічних елементів, що утворюють речовини

Реакції, що йдуть зі зміною ступенів окиснення елементів, або окиснювально-відновлювальні реакції.

До них відноситься безліч реакцій, у тому числі всі реакції заміщення, а також ті реакції з'єднання та розкладання, в яких бере участь хоча б одна проста речовина, наприклад:

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

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(відновник)(→)↖(окислення)(Mg)↖(+2)$

$((2H)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(окислювач)(→)↖(відновлення)(H_2)↖(0)$

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

$((Mg)↖(0)-2(e)↖(-))↙(відновник)(→)↖(окислення)(Mg)↖(+2)|4|2$

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

Як ви пам'ятаєте, складні окиснювально-відновні реакції складаються за допомогою методу електронного балансу:

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

$((Fe)↖(0)-3(e)↖(-))↙(відновник)(→)↖(окислення)(Fe)↖(+3)|2$

$((S)↖(+6)+2(e)↖(-))↙(окислювач)(→)↖(відновлення)(S)↖(+4)|3$

В органічній хімії яскравим прикладом окисно-відновних реакцій можуть бути властивості альдегідів:

1. Альдегіди відновлюються у відповідні спирти:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(H_2)↖(0))↙(\text"оцтовий альдегід") (→)↖(Ni,t°)(CH_3-(C)↖(-1)(H_2)↖(+1)(O)↖(-2)(H)↖(+1))↙(\text "етиловий спирт")

$((C)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(окислювач)(→)↖(відновлення)(C)↖(-1)|1$

$((H_2)↖(0)-2(e)↖(-))↙(відновник)(→)↖(окислення)2(H)↖(+1)|1$

2. Альдегіди окислюються у відповідні кислоти:

$(CH_3-(C)↖(+1) ()↖(O↖(-2))↙(H↖(+1))+(Ag_2)↖(+1)(O)↖(-2)) ↙(\text"оцтовий альдегід")(→)↖(t°)(CH_3-(Ag)↖(0)(C)↖(+3)(O)↖(-2)(OH)↖(-2) +1)+2(Ag)↖(0)↓)↙(\text"етиловий спирт")$

$((C)↖(+1)-2(e)↖(-))↙(відновник)(→)↖(окислення)(C)↖(+3)|1$

$(2(Ag)↖(+1)+2(e)↖(-))↙(окислювач)(→)↖(відновлення)2(Ag)↖(0)|1$

Реакції, що йдуть без зміни ступенів окиснення хімічних елементів.

До них, наприклад, відносяться всі реакції іонного обміну, а також:

• багато реакцій сполуки:

$Li_2O+H_2O=2LiOH;$

• багато реакцій розкладання:

$2Fe(OH)_3(→)↖(t°)Fe_2O_3+3H_2O;$

• реакції етерифікації:

$HCOOH+CH_3OH⇄HCOOCH_3+H_2O$.

Класифікація хімічних реакцій щодо теплового ефекту

По тепловому ефекту реакції ділять на екзотермічні та ендотермічні.

Екзотермічні реакції.

Ці реакції протікають із виділенням енергії.

До них відносяться майже всі реакції з'єднання. Рідкісний виняток становлять ендотермічні реакції синтезу оксиду азоту (II) з азоту та кисню та реакція газоподібного водню з твердим йодом:

$N_2+O_2=2NO - Q$,

$H_(2(г))+I(2(т))=2HI - Q$.

Екзотермічні реакції, які протікають із виділенням світла, відносять до реакцій горіння, наприклад:

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

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

Гідрування етилену - приклад екзотермічної реакції:

$CH_2=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3-CH_3+Q$

Вона йде за кімнатної температури.

Ендотермічні реакції

Ці реакції протікають із поглинанням енергії.

Очевидно, що до них відносяться майже всі реакції розкладання, наприклад:

а) випалення вапняку:

$CaCO_3(→)↖(t°)CaO+CO_2-Q;$

б) крекінг бутану:

Кількість виділеної або поглиненої в результаті реакції енергії називають тепловим ефектом реакції, а рівняння хімічної реакції із зазначенням цього ефекту називають термохімічним рівнянням, наприклад:

$H_(2(г))+Cl_(2(г))=2HCl_((г))+92.3 кДж,$

$N_(2(г))+О_(2(г))=2NO_((г)) - 90.4 кДж$.

Класифікація хімічних реакцій щодо агрегатного стану реагуючих речовин (фазового складу)

Гетерогенні реакції.

Це реакції, в яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться у різних агрегатних станах (у різних фазах):

$2Al_((т))+3CuCl_(2(р-р))=3Cu_((т))+2AlCl_(3(р-р))$,

$СаС_(2(т))+2Н_2О_((ж))=С_2Н_2+Са(ОН)_(2(р-р))$.

Гомогенні реакції.

Це реакції, в яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться в одному агрегатному стані (в одній фазі):

Класифікація хімічних реакцій за участю каталізатора

Некаталітичні реакції.

Некаталітичні реакції йдуть без участі каталізатора:

$2HgO(→)↖(t°)2Hg+O_2$,

$C_2H_4+3O_2(→)↖(t°)2CO_2+2H_2O$.

Каталітичні реакції.

Каталітичні реакції йдуть за участю каталізатора:

$2KClO_3(→)↖(MnO_2,t°)2KCl+3O_2,$

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

Оскільки всі біологічні реакції, що протікають у клітинах живих організмів, йдуть за участю особливих біологічних каталізаторів білкової природи - ферментів, всі вони відносяться до каталітичних або, точніше, ферментативним.

Слід зазначити, що понад $70% хімічних виробництв використовують каталізатори.

Класифікація хімічних реакцій за напрямком

Необоротні реакції.

Необоротні реакції протікають у цих умовах лише одному напрямку.

До них можна віднести всі реакції обміну, що супроводжуються утворенням осаду, газу або малодисоціюючої речовини (води), і всі реакції горіння.

Оборотні реакції.

Оборотні реакції в даних умовах протікають одночасно у двох протилежних напрямках.

Таких реакцій переважна більшість.

В органічній хімії ознака оборотності відображають назви-антоніми процесів:

• гедрування – дегідрування;
• гідратація – дегідратація;
• полімеризація – деполімеризація.

Зворотні всі реакції етерифікації (протилежний процес, як ви знаєте, називається гідролізом) і гідролізом білків, складних ефірів, вуглеводів, полінуклеотидів. Оборотність лежить в основі найважливішого процесу в живому організмі - обміну речовин.

Хімічні реакції- Це процеси, в результаті яких з одних речовин утворюються інші, що відрізняються від них за складом та (або) будовою.

Класифікація реакцій:

I. За кількістю та складом реагуючих речовин та продуктів реакції:

1) Реакції, що йдуть без зміни складу речовини:

У неорганічній хімії це реакції перетворення одних алотропних модифікацій на інші:

C (графіт) → C (алмаз); P (білий) → P (червоний).

У органічній хімії це реакції ізомеризації – реакції, у яких з молекул однієї речовини утворюються молекули інших речовин тієї самої якісного і кількісного складу, тобто. з тією ж молекулярною формулою, але іншою будовою.

СН 2 -СН 2 -СН 3 → СН 3 -СН-СН 3

н-бутан 2-метилпропан (ізобутан)

2) Реакції, що йдуть зі зміною складу речовини:

а) Реакції сполуки (в органічній хімії приєднання) – реакції, у ході яких із двох і більше речовин утворюється одна складніша: S + O 2 → SO 2

В органічній хімії це реакції гідрування, галогенування, гідрогалогенування, гідратації, полімеризації.

СН 2 = СН 2 + НОН → СН 3 - СН 2 ВІН

б) Реакції розкладання (в органічній хімії відщеплення, елімінування) – реакції, під час яких із однієї складної речовини утворюється кілька нових речовин:

СН 3 - СН 2 ВІН → СН 2 = СН 2 + Н 2 О

2KNO 3 →2KNO 2 + O 2

В органічній хімії приклади реакцій відщеплення - дегідрування, дегідратація, дегідрогалогенування, крекінг.

в) Реакції заміщення – реакції, в ході яких атоми простої речовини замінюють атоми якогось елемента в складній речовині (в органічній хімії – реагентами та продуктами реакції часто є дві складні речовини).

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

Приклади реакцій заміщення, що не супроводжуються зміною ступенів окиснення атомів, украй нечисленні. Слід зазначити реакцію оксиду кремнію з солями кисневмісних кислот, яким відповідають газоподібні або леткі оксиди:

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 Про 5

г) Реакції обміну – реакції, під час яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами:

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

ІІ. По зміні ступенів окиснення хімічних елементів, що утворюють речовини

1) Реакції, що йдуть зі зміною ступенів окиснення, або ОВР:

∙2| N +5 + 3e - → N +2 (процес відновлення, елемент - окислювач),

∙3| Cu 0 – 2e – → Cu +2 (процес окислення, елемент – відновник),

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

В органічній хімії:

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

2) Реакції, що йдуть без зміни ступенів окиснення хімічних елементів:

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

ІІІ. По тепловому ефекту

1) Екзотермічні реакції протікають із виділенням енергії:

З + Про 2 → СО 2 + Q,
СH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

2) Ендотермічні реакції протікають із поглинанням енергії:

СаCO 3 → CaO + CO 2 - Q

C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q

IV. По агрегатному стану реагуючих речовин

1) Гетерогенні реакції – реакції, в ході яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться у різних агрегатних станах:

Fe(тв) + CuSO 4 (р-р) → Cu(тв) + FeSO 4 (р-р),
CaC 2 (тв) + 2H 2 O(ж) → Ca(OH) 2 (р-р) + C 2 H 2 (г)

2) Гомогенні реакції - реакції, в ході яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться в одному агрегатному стані:

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

V. За участю каталізатора

1) Некаталітичні реакції, що йдуть без участі каталізатора:

2Н 2 + О 2 → 2Н 2 О, С 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О

2) Каталітичні реакції, що йдуть за участю каталізаторів:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

VI. У напрямку

1) Необоротні реакції протікають у цих умовах лише одному напрямку:

З 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О

2) Оборотні реакції в даних умовах протікають одночасно у двох протилежних напрямках: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

VII. За механізмом протікання

1) Радикальний механізм.

А: В → А · + В

Відбувається гомолітичний (рівноцінний) розрив зв'язку. При гемолітичному розриві пари електронів, що утворює зв'язок, ділиться таким чином, що кожна з частинок, що утворюються, отримує по одному електрону. При цьому утворюються радикали – незаряджені частинки з неспареними електрономами. Радикали – дуже реакційноздатні частки, реакції з участю відбуваються у газовій фазі з великою швидкістю і найчастіше з вибухом.

Радикальні реакції йдуть між утворюються в ході реакції радикалами та молекулами:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl +HCl

Приклади: реакції горіння органічних та неорганічних речовин, синтез води, аміаку, реакції галогенування та нітрування алканів, ізомеризація та ароматизація алканів, каталітичне окиснення алканів, полімеризація алкенів, вінілхлориду та ін.

2) Іонний механізм.

А: В → :А - + В +

Відбувається гетеролітичний (нерівноцінний) розрив зв'язку, при цьому обидва електрони зв'язку залишаються з однією з раніше пов'язаних частинок. Утворюються заряджені частинок (катіони та аніони).

Іонні реакції йдуть у розчинах між наявними або утвореними в ході реакції іонами.

Наприклад, у неорганічній хімії – це взаємодія електролітів у розчині, в органічній хімії – це реакції приєднання до алкенів, окислення та дегідрування спиртів, заміщення спиртової групи та інші реакції, що характеризують властивості альдегідів та карбонових кислот.

VIII. По виду енергії, що ініціює реакцію:

1) Фотохімічні реакції відбуваються за впливу квантів світла. Наприклад, синтез хлороводню, взаємодія метану з хлором, одержання озону в природі, процеси фотосинтезу та ін.

2) Радіаційні реакції ініціюються випромінюваннями великих енергій (рентгенівськими променями, γ-променями).

3) Електрохімічні реакції ініціює електричний струм, наприклад, при електролізі.

4) Термохімічні реакції ініціюються тепловою енергією. До них відносяться всі ендотермічні реакції та безліч екзотермічних, для ініціації яких необхідна теплота.