Гетерогенні реакції в органічній хімії приклади. Класифікація хімічних реакцій в органічній та неорганічній хімії. Карбонові кислоти. V. За участю каталізатора

Тип реакції

Приклад

не супроводжуються зміною складу

Алотропні модифікації

C (графіт) C (алмаз)

зі зміною складу речовин

з виділенням чи поглинанням тепла

Зі зміною ступеня окиснення

У напрямку

По зміні фазового складу

По використанню каталізатора

Додаток 3

Запишіть термохімічне рівняння реакції горіння метану, якщо відомо, що за згоряння 5,6 л цього газу (н. у.) виділяється 225 кДж теплоти.

При з'єднанні 18 г алюмінію у кисні виділяється 547 кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння цієї реакції.

ВИЗНАЧЕННЯ

Хімічними реакціяминазивають перетворення речовин, у яких відбувається зміна їх складу та (або) будови.

Найчастіше під хімічними реакціями розуміють процес перетворення вихідних речовин (реагентів) на кінцеві речовини (продукти).

Хімічні реакції записуються за допомогою хімічних рівнянь, що містять формули вихідних речовин та продуктів реакції. Відповідно до закону збереження маси, число атомів кожного елемента в лівій та правій частинах хімічного рівнянняоднаково. Зазвичай формули вихідних речовин записують у лівій частині рівняння, а формули продуктів – у правій. Рівність числа атомів кожного елемента в лівій та правій частинах рівняння досягається розстановкою перед формулами речовин цілих стехіометричних коефіцієнтів.

Хімічні рівняння можуть містити додаткові відомостіпро особливості перебігу реакції: температура, тиск, випромінювання тощо, що вказується відповідним символом над (або «під») знаком рівності.

Усі хімічні реакції можуть бути згруповані у кілька класів, яким притаманні певні ознаки.

Класифікація хімічних реакцій за кількістю і складом вихідних речовин, що утворюються

Відповідно до цієї класифікації, хімічні реакції поділяються на реакції з'єднання, розкладання, заміщення, обміну.

В результаті реакцій з'єднанняз двох або більше (складних чи простих) речовин утворюється одна нова речовина. В загальному виглядірівняння такої хімічної реакції виглядатиме так:

Наприклад:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O2 = 2MgO.

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3

Реакції сполуки здебільшого екзотермічні, тобто. протікають із тепла. Якщо у реакції беруть прості речовини, такі реакції найчастіше є окислювально-відновними (ОВР), тобто. протікають із зміною ступенів окиснення елементів. Однозначно сказати, чи буде реакція сполуки між складними речовинами ставитися до ОВР не можна.

Реакції, внаслідок яких з однієї складної речовини утворюється кілька інших нових речовин (складних чи простих) відносять до реакцій розкладання. У загальному вигляді рівняння хімічної реакції розкладання виглядатиме так:

Наприклад:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)

Більшість реакцій розкладання відбувається при нагріванні (1,4,5). Можливе розкладання під дією електричного струму(2). Розкладання кристалогідратів, кислот, основ і солей кисневмісних кислот(1, 3, 4, 5, 7) протікає без зміни степенів окиснення елементів, тобто. ці реакції не належать до ОВР. До ОВР реакцій розкладання відноситься розкладання оксидів, кислот і солей, утворених елементамиу вищих ступенях окиснення (6).

Реакції розкладання зустрічаються і в органічній хімії, але під іншими назвами - крекінґ (8), дегідрування (9):

З 18 H 38 = З 9 H 18 + З 9 H 20 (8)

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

При реакціях заміщенняпроста речовина взаємодіє зі складним, утворюючи нову просту та нову складну речовину. У загальному вигляді рівняння хімічної реакції заміщення виглядатиме так:

Наприклад:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 Про 3 (1)

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2 (2)

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2 (3)

2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2 (5)

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 Про 5 (6)

СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl (7)

Реакції заміщення переважно є окислювально-відновними (1 – 4, 7). Приклади реакцій розкладання, у яких немає зміни ступенів окислення нечисленні (5, 6).

Реакціями обмінуназивають реакції, які відбуваються між складними речовинами, у яких вони обмінюються своїми складовими частинами. Зазвичай цей термін застосовують для реакцій за участю іонів, що знаходяться в водному розчині. У загальному вигляді рівняння хімічної реакції обміну виглядатиме так:

АВ + СD = АD + СВ

Наприклад:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)

NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 Про + СО 2 (3)

AgNО 3 + КВr = АgВr ↓ + КNО 3 (4)

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 ↓+ ЗNаСl (5)

Реакції обміну є окисно-відновними. Окремий випадок цих реакцій обміну - реакції нейтралізації (реакції взаємодії кислот з лугами) (2). Реакції обміну протікають у тому напрямку, де хоча б одна з речовин видаляється зі сфери реакції у вигляді газоподібної речовини(3), осаду (4, 5) або малодисоціюючого з'єднання, найчастіше води (1, 2).

Класифікація хімічних реакцій щодо змін ступенів окиснення

Залежно від зміни ступенів окислення елементів, що входять до складу реагентів і продуктів реакції, всі хімічні реакції поділяються на окислювально-відновні (1, 2) і, що протікають без зміни ступеня окислення (3, 4).

2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)

Mg 0 - 2e = Mg 2+ (відновник)

З 4+ + 4e = C 0 (окислювач)

FeS 2 + 8HNO 3 (конц) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)

Fe 2+ -e = Fe 3+ (відновник)

N 5+ +3e = N 2+ (окислювач)

AgNO 3 + HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Класифікація хімічних реакцій щодо теплового ефекту

Залежно від того, чи виділяється чи поглинається тепло (енергія) в ході реакції, всі хімічні реакції умовно поділяють на екзо – (1, 2) та ендотермічні (3) відповідно. Кількість тепла (енергії), що виділилося або поглинеться в ході реакції, називають тепловим ефектом реакції. Якщо в рівнянні зазначено кількість теплоти, що виділилася або поглиненої, то такі рівняння називаються термохімічними.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 кДж (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602, 5 кДж (2)

N 2 + O 2 = 2NO - 90,4 кДж (3)

Класифікація хімічних реакцій у напрямку протікання реакції

У напрямку перебігу реакції розрізняють оборотні ( хімічні процеси, продукти яких здатні реагувати один з одним у тих же умовах, в яких вони отримані, з утворенням вихідних речовин) та незворотні (хімічні процеси, продукти яких не здатні реагувати один з одним з утворенням вихідних речовин).

Для оборотних реакцій рівняння у загальному вигляді прийнято записувати так:

А + В ↔ АВ

Наприклад:

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН↔ Н 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О

Прикладами незворотних реакцій може бути наступні реакції:

2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2

З 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О

Свідченням необоротності реакції може бути виділення як продуктів реакції газоподібної речовини, осаду або малодисоціюючої сполуки, найчастіше води.

Класифікація хімічних реакцій щодо наявності каталізатора

З цієї точки зору виділяють каталітичні та некаталітичні реакції.

Каталізатором називають речовину, що прискорює перебіг хімічної реакції. Реакції, що відбуваються за участю каталізаторів, називаються каталітичними. Перебіг деяких реакцій взагалі неможливий без присутності каталізатора:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (каталізатор MnO 2)

Нерідко один із продуктів реакції служить каталізатором, який прискорює цю реакцію (автокаталітичні реакції):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, де Ме – метал.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

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 реакційВнаслідок хімічної реакції загальне числоатомів кожного хімічного елемента та його ізотопний склад не змінюються. Інша річ ядерні реакції — процеси перетворення атомних ядер внаслідок їхньої 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, носить назву гідролізу) і гідролізу білків, складних ефірів, вуглеводів, полінуклеотидів Оборотність лежить в основі найважливішого процесуу живому організмі – обміну речовин.

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 молекулаповинен мати кратний зв'язок (або цикл), ця молекула буде головною (субстрат). Молекула простіше (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, внаслідок яких утворюються малодисоційовані сполуки, відбувається виділення великої кількостіенергії, 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'язкуу 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 ефектуреакції 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 дотику 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 реакційнаведена у таблиці: