Екзотермічні реакції: неорганічна хімія. Класифікація хімічних реакцій

Теми кодифікатора ЄДІ: Класифікація хімічних реакцій в органічній та не органічної хімії.

Хімічні реакції це такий вид взаємодії частинок, коли з одних хімічних речовинвиходять інші, що відрізняються від них за властивостями та будовою. Речовини, які вступаютьу реакцію - реагенти. Речовини, які утворюютьсяв ході хімічної реакції - продукти.

У ході хімічної реакції руйнуються хімічні зв'язки і утворюються нові.

У ході хімічних реакцій не змінюються атоми, що у реакції. Змінюється лише порядок з'єднання атомів у молекулах. Таким чином, число атомів однієї і тієї ж речовини в ході хімічної реакції не змінюється.

Хімічні реакції класифікують за різними ознаками. Розглянемо основні види класифікації хімічних реакцій.

Класифікація за кількістю та складом реагуючих речовин

За складом та числом реагуючих речовин поділяють реакції, що протікають без зміни складу речовин, та реакції, що протікають зі зміною складу речовин:

1. Реакції, які протікають без зміни складу речовин (A → B)

До таких реакцій у неорганічній хіміїможна віднести алотропні переходи простих речовин з однієї модифікації до іншої:

S ромбічна → S моноклінна.

У органічної хіміїдо таких реакцій відносяться реакції ізомеризації , коли з одного ізомеру під дією каталізатора та зовнішніх факторів виходить інший (як правило, структурний ізомер).

Наприклад, ізомеризація бутану в 2-метилпропан (ізобутан):

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH 3)-CH 3 .

2. Реакції, що протікають із зміною складу

Реакції з'єднання (A + B + … → D)— це такі реакції, у яких із двох і більше речовин утворюється одна нова складна речовина. У неорганічної хіміїдо реакції з'єднання відносяться реакції горіння простих речовин, взаємодія основних оксидів з кислотними та ін. В органічній хіміїтакі реакції називаються реакціями приєднання. Реакції приєднання — це такі реакції, у ході яких до органічної молекули, що розглядається, приєднується інша молекула. До реакцій приєднання відносяться реакції гідрування(Взаємодія з воднем), гідратації(Приєднання води), гідрогалогенування(Приєднання галогеноводороду), полімеризація(Приєднання молекул один до одного з утворенням довгого ланцюжка) та ін.

Наприклад, гідратація:

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

Реакції розкладання (A → B + C + …)- Це такі реакції, в ході яких з однієї складної молекули утворюється кілька менш складних або простих речовин. При цьому можуть утворюватися як прості, і складні речовини.

Наприклад, при розкладанні пероксиду водню:

2H 2 O 2→ 2H 2 O + O 2 .

В органічній хіміїподіляють власне реакції розкладання та реакції відщеплення . Реакції відщеплення (елімінування) — це такі реакції, у яких відбувається відрив атомів чи атомних груп від вихідної молекули за збереження її вуглецевого скелета.

Наприклад, реакція відщеплення водню (дегідрування) від пропана:

C 3 H 8 → C 3 H 6 + H 2

Як правило, у назві таких реакцій є приставка де. Реакції розкладання в органічній хімії відбуваються, як правило, із розривом вуглецевого ланцюга.

Наприклад, реакція крекінгу бутану(розщеплення на простіші молекули при нагріванні або під дією каталізатора):

C 4 H 10 → C 2 H 4 + C 2 H 6

Реакції заміщення - Це такі реакції, в ході яких атоми або групи атомів однієї речовини заміщаються на атоми або групи атомів іншої речовини. У неорганічній хімії ці реакції відбуваються за схемою:

AB + C = AC + B.

Наприклад, більш активні галогенивитісняють менш активні сполуки. Взаємодія йодиду каліюз хлором:

2KI + Cl 2 → 2KCl + I 2 .

Заміщатися можуть окремі атоми, і молекули.

Наприкладпри сплавленні менш леткі оксидивитісняють більш леткііз солей. Так, нелеткий оксид кремніювитісняє оксид вуглецю з карбонату натріюпри сплавленні:

Na 2 CO 3 + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + CO 2

У органічної хімії реакції заміщення - це такі реакції, в ході яких частина органічної молекули заміщається на інші частки. При цьому заміщена частка, як правило, з'єднується з частиною молекули-заступника.

Наприклад, реакція хлорування метану:

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

За кількістю частинок та складом продуктів взаємодії ця реакція більше схожа на реакцію обміну. Проте, за механізмомтака реакція є реакцією заміщення.

Реакції обміну - Це такі реакції, в ході яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами:

AB + CD = AC + BD

До реакцій обміну відносяться реакції іонного обміну, що протікають у розчинах; реакції, що ілюструють кислотно-основні властивості речовин та інші.

прикладреакції обміну в неорганічній хімії - нейтралізація соляної кислотилугом:

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

прикладреакції обміну в органічній хімії. лужний гідроліз хлоретану:

CH 3 -CH 2 -Cl + KOH = CH 3 -CH 2 -OH + KCl

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

По зміні ступеня окиснення елементівхімічні реакції ділять на окисно-відновні реакції, і реакції, що йдуть без зміни ступенів окиснення хімічних елементів.

Окисно-відновні реакції (ОВР) - це реакції, в ході яких ступеня окисленняречовин змінюються. При цьому відбувається обмін електронами.

У неорганічної хімії до таких реакцій відносяться, як правило, реакції розкладання, заміщення, сполуки і всі реакції, що йдуть за участю простих речовин. Для вирівнювання ОВР використовують метод електронного балансу(кількість відданих електронів має дорівнювати кількості отриманих) або метод електронно-іонного балансу.

У органічної хімії поділяють реакції окислення та відновлення, залежно від того, що відбувається з органічною молекулою.

Реакції окиснення в органічній хімії- Це реакції, в ході яких зменшується кількість атомів воднюабо збільшується кількість атомів кисню у вихідній органічній молекулі.

Наприклад, окислення етанолу під дією оксиду міді:

CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH = O + H 2 O + Cu

Реакції відновлення в органічній хімії - це реакції, в ході яких збільшується кількість атомів воднюабо зменшується кількість атомів киснюв органічній молекулі.

Наприклад, відновлення оцтового альдегіду воднем:

CH 3 -CH=O + H 2 → CH 3 -CH 2 -OH

Протолітичні реакції та реакції обміну - Це такі реакції, в ході яких ступеня окислення атомів не змінюються.

Наприклад, нейтралізація їдкого натру азотною кислотою:

NaOH + HNO 3 = H 2 O + NaNO 3

Класифікація реакцій з теплового ефекту

За тепловим ефектом реакції поділяють на екзотермічніі ендотермічні.

Екзотермічні реакції - Це реакції, що супроводжуються виділенням енергії у формі теплоти (+ Q). До таких реакцій відносяться майже всі реакції сполуки.

Винятки- Реакція азотуз киснемз освітою оксиду азоту (II) - ендотермічна:

N 2 + O 2 = 2NO - Q

Реакція газоподібного воднюз твердим йодомтакож ендотермічна:

H 2 + I 2 = 2HI - Q

Екзотермічні реакції, у ході яких виділяється світло, називають реакціями горіння.

Наприклад, горіння метану:

CH 4 + O 2 = CO 2 + H 2 O

Також екзотермічнимиє:

Ендотермічні реакції - Це реакції, що супроводжуються поглинанням енергіїу формі теплоти ( - Q ). Як правило, з поглинанням теплоти йде більшість реакцій розкладання(Реакції, що вимагають тривалого нагрівання).

Наприклад, розкладання вапняку:

CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q

Також ендотермічнимиє:

реакції гідролізу;
реакції, що йдуть тільки при нагріванні;
реакції, що протікають тількипри дуже високих температурахабо під впливом електричного розряду.

Наприклад, перетворення кисню на озон:

3O 2 = 2O 3 - Q

У органічної хімії із поглинанням теплоти йдуть реакції розкладання. Наприклад, крекінг пентана:

C 5 H 12 → C 3 H 6 + C 2 H 6 – Q.

Класифікація хімічних реакцій щодо агрегатного стану реагуючих речовин (за фазовим складом)

Речовини можуть існувати у трьох основних агрегатних станах. твердому, рідкомуі газоподібному. За фазовим станомподіляють реакції гомогенніі гетерогенні.

Гомогенні реакції — це такі реакції, в яких реагуючі речовини та продукти знаходяться в одній фазі, і зіткнення частинок реагують відбувається у всьому обсязі реакційної суміші. До гомогенних реакцій відносять взаємодії рідина-рідинаі газ-газ.

Наприклад, окислення сірчистого газу:

2SO 2(г) + O 2(г) = 2SO 3(г)

Гетерогенні реакції — це реакції, в яких реагуючі речовини та продукти знаходяться у різних фазах. При цьому зіткнення реагуючих частинок відбувається лише на межі зіткнення фаз. До таких реакцій відносяться взаємодії газ-рідина, газ-тверда фаза, тверда-тверда, і тверда фаза - рідина.

Наприклад, взаємодія Вуглекислий газ і гідроксиду кальцію:

CO 2(г) + Ca(OH) 2(р-р) = CaCO 3(тв) + H 2 O

Для класифікації реакцій за фазовим станом корисно вміти визначати фазові стани речовин. Це досить легко зробити, використовуючи знання про будову речовини, зокрема про .

Речовини з іонної, атомноїабо металевої кристалічною решіткою , як правило твердіза звичайних умов; речовини з молекулярними гратами, як правило, рідиниабо газиза звичайних умов.

Зауважте, що при нагріванні або охолодженні речовини можуть переходити з одного фазового стану в інший. У такому разі необхідно орієнтуватися на умови проведення конкретної реакції та Фізичні властивостіречовини.

Наприклад, отримання синтез-газувідбувається за дуже високих температур, при яких вода - пара:

CH 4(г) + H2O(г) = CO(г) + 3H 2(г)

Таким чином, парова конверсія метану — гомогенна реакція.

Класифікація хімічних реакцій за участю каталізатора

Каталізатор - це така речовина, яка прискорює реакцію, але не входить до складу продуктів реакції. Каталізатор бере участь у реакції, але практичсеки не витрачається в ході реакції. Умовно схему дії каталізатора Допри взаємодії речовин A + Bможна зобразити так: A + K = AK; AK+B=AB+K.

Залежно від наявності каталізатора розрізняють каталітичні та некаталітичні реакції.

Каталітичні реакції - Це реакції, які йдуть за участю каталізаторів. Наприклад, розкладання бертолетової солі: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 .
Некаталітичні реакції - Це реакції, які йдуть без участі каталізатора. Наприклад, горіння етану: 2C 2 H 6 + 5O 2 = 2CO 2 + 6H 2 O.

Всі реакції, що протікають за участю у клітинах живих організмів, протікають за участю спеціальних білкових каталізаторів – ферментів. Такі реакції називають ферментативними.

Докладніше механізм дії та функції каталізаторів розглядаються в окремій статті.

Класифікація реакцій у напрямку

Оборотні реакції - Це реакції, які можуть протікати і в прямому, і в зворотному напрямку, тобто. коли за цих умов продукти реакції можуть взаємодіяти один з одним. До оборотних реакцій належать більшість гомогенних реакцій, етерифікація; реакції гідролізу; гідрування-дегідрування, гідратація-дегідратація; одержання аміаку з простих речовин, окислення сірчистого газу, одержання галогеноводородів (крім фтороводню) та сірководню; синтез метанолу; отримання та розкладання карбонатів та гідрокарбонатів, і т.д.

Необоротні реакції - Це реакції, які протікають переважно в одному напрямку, тобто. продукти реакції не можуть взаємодіяти один з одним за цих умов. Приклади необоротних реакцій: горіння; реакції, що йдуть із вибухом; реакції, що йдуть з утворенням газу, осаду або води у розчинах; розчинення лужних металів у воді; та ін.

Хімічні реакції можна класифікувати за такими ознаками:
1. За кількістю та складом вихідних і утворюються речовин

2. За рівнем окислення

3. За оборотністю процесу

4. За тепловим ефектом

5. За наявністю каталізатора

6. За агрегатним станом

1. За рівнем окислення. Окисно – Відновлювальні реакції. Це реакції, при яких один елемент віддає електрон, а інший приймає.

Na + O 2 = 2Na 2 O

4Na - 1e = Na 4 відновник

O 2 + 2х2e = 2O 1окислювач

2. За кількістю і складом вихідних речовин, що утворюються:

А) Реакції сполуки (з двох простих речовин утворюється одна складна)

Б) Реакції розкладання (з однієї складної речовини утворюється дві чи кілька простих)

В) Реакції обміну (реакції між складними речовинами внаслідок яких вона обмінюється своїми складовими частинами)

Г) Реакції заміщення (реакції між складними та простими речовинами, в результаті яких один з атомів у складній речовині заміщується на просту речовину)

3. По тепловому ефекту:

А) Екзотермічні реакції (Реакції йдуть із виділенням теплоти)

SO 2 + O 2 = 2SO 3 + Q

B) Ендотермічні реакції (Реакції йдуть із поглинанням теплоти)

C 4 H 10 = C 4 H 8 + H 2 – Q

4. За оборотністю реакції поділяються на оборотні та не оборотні

(При певних умовах реакції протікають у протилежних напрямках)

5. За наявністю каталізатора реакції поділяються на каталітичні та не каталітичні.

6. За агрегатним станом реакції поділяються на гомогенні та гетерогенні.

Гомогенні – реагують та утворюються речовини знаходяться в одному агрегатному стані

Cl 2 + H 2 = 2HCl

Гетерогенні – реагуючі та речовини, що утворюються, знаходяться в різних агрегатних станах

2C 2 H 2 +5O 2 = 4CO 2 + 2H 2 O +Q

Дієнові вуглеводні, їх будова, властивості, отримання та практичне значення.

Алкодієни – це ацеклічні вуглеводні в молекулі яких крім одинарних зв'язків є два подвійні зв'язки між атомами вуглецю і які відповідають загальній формулі C n H 2 n -2

За розташуванням подвійних зв'язків розрізняють три види алкодієнів:

1. Алкодієнискумульованим розташуванням подвійних зв'язків

CH 2 = C = CH 2- пропадієн

2. Алкодієни зі сполученими подвійними зв'язками

CH 2 = CH - CH = CH 2- бутадієн 1,3

3. Алкодієни із ізольованим розташуванням подвійних зв'язків

CH 2 = CH - CH 2 - CH = CH 2-Пентадієн 1,4

Фізичні властивості.

Пропадієн та бутадієн 1,3 газоподібні речовини, алкодієни з ізольованими зв'язками – рідини, вищі дієни – тверді речовини.

Хімічні властивості.

Для алкодієнів характерні реакції приєднання:

1. Реакція галогенування (приєднання галогенів йде рахунок подвійних зв'язків)

CH 2 = CH - CH = CH 2 + Br 2 = CH 2 Br = CHBr - CH = CH 2- 3,4 дібромбутен-1

2. Реакція гідрування (приєднання водню)

CH 2 = CH - CH = CH 2 + H 2 = CH 3 - CH 2 - CH = CH 2- Бутен-1

3. Реакція полімеризації (з'єднання множини молекул мономеру в молекулу полімеру).

CH 2 = CH - CH = CH 2 = (-CH 2 - CH = CH - CH 2 -) n- синтетичний бутадієновий каучук

Отримання.

У нашій країні виробництво бутадієну почалося з 1932р. Метод одержання його з етилового спирту було розроблено академіком С.В. Лебедєвим

Але найбільш перспективним методом отримання бутадієну є дегідрування бутану, що міститься в нафтових газах. Для цього бутан пропускають над нагрітим каталізатором.

Застосування.

Дієнові вуглеводні в основному застосовуються для синтезу каучуків.

CH 2 = CH - CH = CH 3 - 1,3 бутадієн (бутадієновий каучук)

Синтетичні каучуки утворюються внаслідок реакції полімеризації відповідних мономерів.

Білет №4

Загальні методи отримання металів. Практичне значення електролізу.

Метали в природі зустрічаються в основному у вигляді сполук, вільному виглядізустрічаються тільки метал, що розташовані в електрохімічному ряді напруг після водню.

Отримання металів з руд (з'єднань) Завдання металургії, Існують наступні способи отримання металів: пірометалургія, гідрометаллургія та електрометалургія.

1. Пірометаллургія- це відновлення металів з руд за допомогою вуглецю, оксиду вуглецю (II), СО та водню, за високої температури

2ZnO + C → 2Zn + CO 2

Fe2O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

CuO + H 2 →Cu + H 2 O

Якщо як відновник використовується метал, то даний методназивається металотермією

Cr 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Cr

2. Гідрометалургія– це відновлення металів із солей у розчині. Процес йде в два етапи: природне з'єднання розчиняють у відповідному для отримання солі даного металу.

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

Метал із розчину витісняють більш активним металом.

CuSO 4 + Fe→FeSO 4 + Cu

3. Електрометалургія– це відновлення металів у процесі електролізу розчинів чи розплавів сполук.

Електроліз- це окислювально-відновний процес, що протікає на електродах проходженні електричного струму через розчин або розплав електроліту.

2NaCl ↔ 2Na + Cl 2

2Na + 2e → 2Na

2Cl – 2e→Cl 2

Застосування електролізу
Електроліз розчинів та розплавів речовин використовують у промисловості:

1. Для отримання металів (лужні метали – алюміній)

2. Для отримання водню, галогенів та лугів

3. Для очищення металів (рафінування)

4. Для захисту металів від корозії

5. Отримання металевих копій та платівок

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

Класифікація реакцій:

За кількістю та складом реагуючих речовин і продуктів реакції:

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 органічної хімії це реакції ізомеризації – реакції, у яких з молекул однієї речовини утворюються молекули інших речовин тієї ж 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)

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 заміщають атоми якогось елемента у 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

За зміною ступенів окиснення хімічних елементів, що утворюють речовини

Реакції, що йдуть зі зміною ступенів окислення 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

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

По тепловому ефекту

Екзотермічні реакції протікають із виділенням енергії:

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

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

За агрегатним станом реагуючих речовин

Гетерогенні реакції - реакції, в ході яких реагують речовини і продукти реакції знаходяться в 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)

Гомогенні реакції - реакції, в ході яких реагують речовини і 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)

За участю каталізатора

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

Каталітичні реакції, що йдуть за участю каталізаторів:

MnO 2

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

У напрямку

Необоротні реакції протікають у цих умовах лише одному напрямку:

З 2 Н 4 + 3О 2 → 2СО 2 + 2Н 2 О

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

За механізмом протікання

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 радикалами і молекулами, що утворюються в ході реакції:

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 окислення алканів, полімеризація алкенів, вінілхлориду та ін.

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 вже наявними або утворюються 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.

За видом енергії, що ініціює реакцію:

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

При протіканні хімічних реакцій відбувається розрив одних і інших зв'язків. Хімічні реакції умовно поділяють на органічні та неорганічні. Органічними реакціям прийнято вважати реакції, в яких, принаймні, одна з реагуючих речовин є органічною сполукою, що змінює свою молекулярну структуру в процесі реакції. Відмінністю органічних реакцій від неорганічних і те, що, зазвичай, у яких беруть участь молекули. Швидкість таких реакції низька, а вихід продукту зазвичай становить лише 50-80 %. Для підвищення швидкості реакції застосовують каталізатори, що підвищують температуру або тиск. Далі розглянемо типи хімічних реакцій в органічній хімії.

Класифікація за характером хімічних перетворень

Реакції заміщення
Реакції приєднання
Реакція ізомеризації та перегрупування
Реакції окиснення
Реакції розкладання

Реакції заміщення

У результаті реакцій заміщення один атом чи група атомів у початковій молекулі заміщається інші атоми чи групи атомів, утворюючи нову молекулу. Як правило, такі реакції характерні для насичених і ароматичних вуглеводнів, наприклад:

Реакції приєднання

При перебігу реакцій приєднання з двох або більше молекул речовин утворюється одна молекула нової сполуки. Такі реакції притаманні ненасичених сполук. Розрізняють реакції гідрування (відновлення), галогенування, гідрогалогенування, гідратації, полімеризації тощо:

Гідрування- Приєднання молекули водню:

Реакція елімінування (відщеплення)

В результаті реакцій відщеплення органічні молекули втрачають атоми або групи атомів і утворюється нова речовина, що містить одну або кілька кратних зв'язків. До реакцій елімінування відносяться реакції дегідрування, дегідратації, дегідрогалогенуванняі т.п.:

Реакції ізомеризації та перегрупування

У результаті таких реакцій відбувається внутрішньомолекулярна перебудова, тобто. перехід атомів або груп атомів з однієї ділянки молекули в іншу без зміни молекулярної формули речовини, що бере участь у реакції, наприклад:

Реакції окиснення

Внаслідок впливу окислюючого реагенту відбувається підвищення ступеня окислення вуглецю в органічному атомі, молекулі або іоні процес за рахунок віддачі електронів, внаслідок чого утворюється нова сполука:

Реакції конденсації та поліконденсації

Полягають у взаємодії кількох (двох і більше) органічних сполук з утворенням нових С-Сзв'язків та низькомолекулярної сполуки:

Поліконденсація - утворення молекули полімеру з мономерів, що містять функціональні групи з виділенням низькомолекулярної сполуки. На відміну від реакції полімеризації, в результаті яких утворюється полімер, що має склад, аналогічний мономеру, в результаті реакцій поліконденсації склад утвореного полімеру відрізняється від мономеру:

Реакції розкладання

Це процес розщеплення складної органічної сполуки на менш складні чи прості речовини:

З 18 H 38 → З 9 H 18 + З 9 H 20

Класифікація хімічних реакцій за механізмами

Протікання реакцій з розривом ковалентних зв'язків в органічних сполуках можливе за двома механізмами (тобто шляхи, що призводить до розриву старого зв'язку та утворення нового) гетеролітичному (іонному) та гомолітичному (радикальному).

Гетеролітичний (іонний) механізм

У реакціях, що протікають за гетеролітичним механізмом, утворюються проміжні частки іонного типу із зарядженим атомом вуглецю. Частинки, що несуть позитивний заряд, називаються карбкатіони, негативний – карбаніони. При цьому відбувається не розрив загальної електронної пари, а її перехід до одного з атомів з утворенням іона:

Схильність до гетеролітичного розриву виявляють сильно полярні, наприклад Н–O, С–О та легко поляризовані, наприклад, С–Вr, С–I зв'язки.

Реакції, що протікають за гетеролітичним механізмом ділять на нуклеофільні та електрофільні реакції.Реагент, що має електронну пару для утворення зв'язку називають нуклеофільним або електронодонорним. Наприклад, HO - , RO - , Cl - , RCOO - , CN - , R - , NH 2 , H 2 O, NH 3 , C 2 H 5 OH, алкени, арени.

Реагент, що має незаповнену електронну оболонку і здатні приєднати пару електронів у процесі утворення нового зв'язку. C=O

Реакції нуклеофільного заміщення

Характерні для алкіл- та арилгалогенідів:

Реакції нуклеофільного приєднання

Реакції електрофільного заміщення

Реакції електрофільного приєднання

Гомолітичний (радикальний механізм)

У реакціях, що протікають за гомолітичним (радикальним) механізмом на першій стадії відбувається розрив ковалентного зв'язку з утворенням радикалів. Далі вільний радикал, що утворився, виступає в якості атакуючого реагенту. Розрив зв'язку по радикальному механізму властивий неполярних або малополярних ковалентних зв'язків (С–С, N–N, С–Н).

Розрізняють реакції радикального заміщення та радикального приєднання

Реакція радикального заміщення

Характерні для алканів

Реакції радикального приєднання

Характерні для алкенів та алкінів

Таким чином, ми розглянули основні типи хімічних реакцій в органічній хімії.

Категорії

Лекція: Класифікація хімічних реакцій у неорганічній та органічній хімії

Види хімічних реакцій у неорганічній хімії

А) Класифікація за кількістю початкових речовин:

Розкладання - внаслідок даної реакції, з однієї наявної складної речовини, утворюються дві або кілька простих, а також складних речовин.

Приклад: 2Н 2 O 2 → 2Н 2 O + O 2

З'єднання - Це така реакція, при якій з двох і більш простих, а також складних речовин, утворюється одна, але складніша.

Приклад: 4Al+3O 2 → 2Al 2 O 3

Заміщення – це певна хімічна реакція, яка проходить між деякими простими, а також складними речовинами.Атоми простої речовини, у цій реакції, заміщаються на атоми одного з елементів, що знаходиться в складній речовині.

Приклад: 2КI + Cl2 → 2КCl + I 2

Обмін - Це така реакція, при якій два складних за будовою речовини обмінюються своїми частинами.

Приклад: HCl + KNO 2 → KCl + HNO 2

Б) Класифікація з теплового ефекту:

Екзотермічні реакції – це певні хімічні реакції, у яких відбувається виділення тепла.
Приклади:

S + O 2 → SO 2 + Q

2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 +6H 2 O + Q

Ендотермічні реакції – це певні хімічні реакції, у яких відбувається поглинання тепла. Як правило, це реакції розкладання.

Приклади:

CaCO 3 → CaO + CO 2 – Q
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 – Q

Теплота, яка виділяється чи поглинається внаслідок хімічної реакції, називається тепловий ефект.

Хімічні рівняння, в яких вказано тепловий ефект реакції, називають термохімічними.

В) Класифікація за оборотністю:

Оборотні реакції – це реакції, які протікають за однакових умов у взаємопротилежних напрямках.

Приклад: 3H 2 + N 2 ⇌ 2NH 3

Необоротні реакції - Це реакції, які протікають тільки в одному напрямку, а так само завершуються повною витратою всіх вихідних речовин. При цих реакціях виділяєтегаз, осад, вода.
Приклад: 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2

Г) Класифікація щодо зміни ступеня окиснення:

Окисно-відновні реакції – у процесі даних реакцій відбувається зміна ступеня окиснення.

Приклад: Сu + 4HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O.

Не окисно - відновлювальні - Реакції без зміни ступеня окислення.

Приклад: HNO3+KOH → KNO3+H2O.

Д) Класифікація за фазою:

Гомогенні реакції – реакції, що протікають в одній фазі, коли вихідні речовини та продукти реакції мають один агрегатний стан.

Приклад: Н 2 (газ) + Cl 2 (газ) → 2HCL

Гетерогенні реакції - Реакції, що протікають на поверхні розділу фаз, при яких продукти реакції та вихідні речовини мають різний агрегатний стан.
Приклад: CuO+H2 → Cu+H2O

Класифікація з використання каталізатора:

Каталізатор – речовина, що прискорює реакцію. Каталітична реакція протікає у присутності каталізатора, некаталітична – без каталізатора.
Приклад: 2H 2 0 2 MnO 2 → 2H 2 O + O 2 каталізатор MnO 2

Взаємодія лугу із кислотою протікає без каталізатора.
Приклад: КOH + HCl → КCl + H 2 O

Інгібітори - речовини, що уповільнюють реакцію.
Каталізатори та інгібітори самі під час реакції не витрачаються.

Види хімічних реакцій в органічній хімії

Заміщення - Це реакція, в процесі якої відбувається заміна одного атома/групи атомів, у вихідній молекулі, на інші атоми/групи атомів.
Приклад: СН 4 + Сl 2 → СН 3 Сl + НСl

Приєднання - Це реакції, при яких кілька молекул речовини з'єднуються в одну.До реакцій приєднання належать:

Гідрування – реакція, у процесі якої відбувається приєднання водню з кратного зв'язку.

Приклад: СН 3 -СН = СН 2 (пропен) + Н 2 → СН 3 -СН 2 -СН 3 (пропан)

Гідрогалогенування- Реакція, що приєднує галогенводень.

Приклад: СН 2 = СН 2 (етен) + НСl → СН 3 -СН 2 -Сl (хлоретан)

Алкіни реагують з галогеноводородами (хлороводнем, бромоводнем) так само, як і алкени. Приєднання до хімічної реакції проходить у 2 стадії, і визначається правилом Марковникова:

При приєднанні протонних кислот та води до несиметричних алкенів та алкінів атом водню приєднується до найбільш гідрогенізованого атома вуглецю.

Механізм цієї хімічної реакції. Утворюється в 1-ій, швидкій стадії, p-комплекс у 2-ій повільній стадії поступово перетворюється на s-комплекс - карбокатіон. У 3-й стадії відбувається стабілізація карбокатіону – тобто взаємодія з аніоном брому:

І1, І2 – карбокатіони. П1, П2 – броміди.

Галогенування - Реакція, при якій приєднується галоген.Галогенуванням також називають всі процеси, в результаті яких в органічні сполуки вводяться атоми галогену. Це поняття вживається в "широкому значенні". Відповідно до даного поняття, розрізняють такі хімічні реакції на основі галогенування: фторування, хлорування, бромування, йодування.

Галогеновмісні органічні похідні вважаються найважливішими сполуками, які застосовуються як в органічному синтезі, так і як цільові продукти. Галогенпохідні вуглеводнів вважаються вихідними продуктами у великій кількості реакцій нуклеофільного заміщення. Що стосується практичного використання сполук, що містять галоген, то вони застосовуються у вигляді розчинників, наприклад хлорсодержащие сполуки, холодильних агентів - хлорфторпохідні, фреони, пестицидів, фармацевтичних препаратів, пластифікаторів, мономерів для отримання пластмас.

Гідратація- Реакції приєднання молекули води по кратному зв'язку.

Полімеризація – це особливий вид реакції, коли молекули речовини, що мають відносну невелику молекулярну масу, приєднуються одна до одної, згодом утворюючи молекули речовини з високою молекулярною масою.