Сайт учителя химии Черкасовой Елены Михайловны

Классификация химических реакций

Химические реакции, или химические явления, – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.

При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами.

Рассмотрим классификацию химических реакций по различным признакам.

I. По числу и составу реагирующих веществ

Реакции, идущие без изменения состава веществ

 

В неорганической химии к таким реакциям можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента, например:

C　(графит) ⇒　C　(алмаз)

P　(белый) ⇒P　(красный)

3O2　(кислород) ⇒2O3　(озон)

 

В органической химии к этому типу реакций могут быть отнесены реакции изомеризации, которые идут без изменения не только качественного, но и количественного состава молекул веществ

Реакция изомеризации алканов имеет большое практическое значение, так как углеводороды изостроения обладают меньшей способностью к детонации.

Реакции, идущие с изменением состава вещества

Можно выделить четыре типа таких реакций: соединения, разложения, замещения и обмена.

Реакции соединения – это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество. В неорганической химии все многообразие реакций соединения можно рассмотреть, например, на примере реакций получения серной кислоты из серы:

Получение оксида серы (IV):

　　S + O2 = SO2 – из двух простых веществ образуется одно сложное.

Получение оксида серы (VI):2SO₂ + О₂ =2SO3

Примером реакции соединения, при которой одно сложное вещество образуется из более чем двух исходных, может служить заключительная стадия получения азотной кислоты:

4NO2　+　О2　+　2Н2O = 4HNO3

В органической химии реакции соединения принято называть «реакциями присоединения». Все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций, характеризующих свойства непредельных веществ, например этилена:

Реакция гидрирования – присоединения водорода:

Реакции разложения – это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.

В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на блоке реакций получения кислорода лабораторными способами:

Разложение оксида ртути (II):2HgO = 2Hg　+　O2↑– из одного сложного вещества образуются два простых.　

В органической химии реакции разложения можно рассмотреть на блоке реакций получения этилена в лаборатории и в промышленности:

Реакция дегидратации (отщепления воды) этанола

Реакция дегидрирования (отщепление водорода) этана

Реакции замещения – это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе. B неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства, например, металлов:

Взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой:
　　2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

Взаимодействие металлов с кислотами в растворе:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

Предметом изучения органической химии являются не простые вещества, а только соединения. Поэтому как пример реакции замещения приведем наиболее характерное свойство предельных соединений, в частности метана, – способность его атомов водорода замещаться на атомы галогена:

CH4+Cl2=CH3Cl+HCl

 

 

В органической химии к реакциям замещения относят и некоторые реакции между двумя сложными веществами, например нитрование бензола:C6H6+HNO3=　C6H5NO2　+　H2O

Она формально является реакцией обмена. То, что это реакция замещения, становится понятным только при рассмотрении ее механизма.

Реакции обмена – это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, то есть только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н2О).

B неорганической химии это может быть блок реакций, характеризующих, например, свойства щелочей:

Реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды:

NaOH + HNO3 = NaNO3 + Н2O

или в ионном виде:

OH– + H+ = H2O

Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа:

2NH4Cl + Са(ОН)2 = CaCl2 + 2NH3↑ + 2Н2O

B органической химии можно рассмотреть блок реакций, характеризующих, например, свойства уксусной кислоты: Реакция, идущая с образованием слабого электролита – H2O:CH3COOH　+　NaOH=Na(CH3COO)　+　H2O

Реакция, идущая с образованием газа:

2CH3COOH + CaCO3　→　2CH3COO– + Ca2+ + CO2↑ + H2O

Реакция, идущая с образованием осадка:2CH3COOH + K2SiO3　→　2K(CH3COO) + H2SiO3↓

 

II. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества

По этому признаку различают следующие реакции:

Реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов, или окислительно-восстановительные реакции. К ним относится множество реакций, в том числе все реакции замещения, а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество

Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов. К ним, например, относятся все реакции ионного обмена, а также многие реакции соединения, например:
 

Li₂O + Н₂O = 2LiOH,

многие реакции разложения:2Fe(OH)₃=Fe₂O₃　+　3H₂O

реакции этерификации:HCOOH　+　CH₃OH =HCOOCH₃　+　H₂O

 

 

III. По тепловому эффекту

По тепловому эффекту реакции делят на экзотермические и эндотермические.

1.Экзотермические реакции протекают с выделением энергии.

К ним относятся почти все реакции соединения. Редкое исключение составляют эндотермические реакции синтеза оксида азота (II) из азота и кислорода и реакция газообразного водорода с твердым иодом:

N₂ + O₂ = 2NO – Q

Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения, например:

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ + Q

Гидрирование этилена – пример экзотермической реакции:CH₂=CH₂　+　H₂=CH₃–CH₃+　Q

 

Она идет при комнатной температуре.

2.Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии.

Очевидно, что к ним будут относиться почти все реакции разложения, например

Обжиг известняка:CaCO₃ =CaO　+　CO₂↑–　Q

 

Количество выделенной или поглощенной в результате реакции энергии называют тепловым эффектом реакции, а уравнение химической реакции с указанием этого эффекта называют термохимическим уравнением, например:

H₂(г) + Cl₂(г) = 2HCl(г) + 92,3　кДж

N₂(г) + O₂(г) = 2NO(г) – 90,4　кДж

IV. По агрегатному состоянию реагирующих веществ (фазовому составу)

По агрегатному состоянию реагирующих веществ различают:

 

 

2Al(т) + 3CuCl₂(р-p) = 3Cu(т) + 2AlCl3(р-p)

CaC₂(т) + 2H₂O(ж) = C₂H₂↑ + Ca(OH)₂(р-p)

Гомогенные реакции – реакции, в которых реагирующие вещества и

Гетерогенные реакции – реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах):

• продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе):H₂(г) + F₂(г) = 2HF(г)

 

V. По участию катализатора

По участию катализатора различают:

Некаталитические реакции, идущие без участия катализатора:_2HgO=2Hg　+　O₂↑

                                                                                                    _{C2H4　+　3O2 =}2CO2　+　2H2O

 

 

2. Каталитические реакции, идущие с участием катализатора  C₂H₅OH → CH₂=CH₂↑+ H₂O

 

Так как все биохимические реакции, протекающие в клетках живых организмов, идут с участием особых биологических катализаторов белковой природы – ферментов, все они относятся к каталитическим или, точнее, ферментативным. Следует отметить, что более 70　% химических производств используют катализаторы.

VI. По направлению

По направлению различают:

К ним можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды) и все реакции горения.

Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях.

Таких реакций подавляющее большинство.

В органической химии признак обратимости отражают названия – антонимы процессов:

Обратимы все реакции этерификации (противоположный процесс, как вы знаете, носит название гидролиза) и гидролиза　белков, сложных эфиров, углеводов, полинуклеотидов. Обратимость этих процессов лежит в основе важнейшего свойства живого организма – обмена веществ.