معرفی
1. مفهوم کلی یک واکنش شیمیایی
2. طبقه بندی واکنش های شیمیایی
نتیجه
کتابشناسی - فهرست کتب
معرفی
جالب ترین چیز در مورد دنیای اطراف ما این است که دائماً در حال تغییر است.
مفهوم « واکنش شیمیایی » - دومین مفهوم اصلی شیمی. در هر ثانیه تعداد بی شماری واکنش در جهان رخ می دهد که در نتیجه برخی از مواد به مواد دیگر تبدیل می شوند. ما می توانیم برخی از واکنش ها را مستقیماً مشاهده کنیم، به عنوان مثال، زنگ زدن اجسام آهنی، لخته شدن خون، و احتراق سوخت خودرو.
در عین حال، اکثریت قریب به اتفاق واکنش ها نامرئی می مانند، اما این آنها هستند که ویژگی های جهان اطراف ما را تعیین می کنند.
برای درک جایگاه خود در جهان و یادگیری مدیریت آن، شخص باید ماهیت این واکنش ها و قوانینی را که از آنها تبعیت می کند، عمیقاً درک کند. وظیفه شیمی مدرن مطالعه عملکرد مواد در سیستم های شیمیایی و بیولوژیکی پیچیده، تجزیه و تحلیل رابطه بین ساختار یک ماده و عملکردهای آن و سنتز مواد با عملکردهای معین است.
بنابراین، واکنش های شیمیایی زیادی در اطراف یک فرد رخ می دهد، آنها دائما رخ می دهند. برای جلوگیری از گیج شدن در انواع واکنش های شیمیایی چه باید کرد؟ یاد بگیرید که آنها را طبقه بندی کنید و ویژگی های اساسی کلاس ها را شناسایی کنید.
هدف از این کار: در نظر گرفتن مفهوم "واکنش شیمیایی" و سیستم‌بندی و تعمیم دانش در مورد طبقه‌بندی واکنشهای شیمیایی.
این کار شامل یک مقدمه، دو فصل، یک نتیجه‌گیری و فهرست منابع است. حجم کل کار 14 صفحه می باشد.
1. مفهوم کلی یک واکنش شیمیایی
یک واکنش شیمیایی تبدیل یک ماده به ماده دیگر است. با این حال، این تعریف نیاز به اضافات قابل توجهی دارد.
به عنوان مثال، در یک راکتور هسته ای یا در یک شتاب دهنده، برخی از مواد نیز به مواد دیگر تبدیل می شوند، اما به این گونه تبدیل ها شیمیایی نمی گویند. اینجا چه خبر است؟ واکنش های هسته ای در یک راکتور هسته ای رخ می دهد. آنها در این واقعیت هستند که هسته عناصر هنگام برخورد با ذرات پر انرژی (می توانند نوترون ها، پروتون ها و هسته های عناصر دیگر باشند) به قطعاتی تقسیم می شوند که هسته های عناصر دیگر هستند. همجوشی هسته ها با یکدیگر نیز امکان پذیر است. سپس این هسته های جدید الکترون ها را از محیط دریافت می کنند و بنابراین تشکیل دو یا چند ماده جدید کامل می شود. همه این مواد برخی از عناصر جدول تناوبی هستند. برخلاف واکنش های هسته ای، در واکنش های شیمیایی هسته ها تحت تأثیر قرار نمی گیرنداتم ها تمام تغییرات فقط در لایه های الکترونی بیرونی رخ می دهد. برخی از پیوندهای شیمیایی شکسته شده و برخی دیگر تشکیل می شوند.
بدین ترتیب، واکنش های شیمیاییبه پدیده‌هایی گفته می‌شود که در آن برخی از مواد با ترکیب و خواص معین به مواد دیگر - با ترکیب و خواص دیگر - تبدیل می‌شوند. در این حالت هیچ تغییری در ترکیب هسته اتم ایجاد نمی شود.
اجازه دهید علائم و شرایط واکنش های شیمیایی را برجسته کنیم (شکل 1، 2).
شکل 1 - علائم واکنش های شیمیایی
شکل 2 - شرایط واکنش های شیمیایی
بیایید یک واکنش شیمیایی معمولی را در نظر بگیریم: احتراق گاز طبیعی (متان) در اکسیژن هوا (اگر اجاق گاز دارید این واکنش را می توان در خانه مشاهده کرد) در شکل 3.
شکل 3- احتراق گاز طبیعی (متان) در اکسیژن هوا
متان CH 4 و اکسیژن O 2 با یکدیگر واکنش می دهند و دی اکسید کربن CO 2 و آب H 2 O را تشکیل می دهند. در این حالت پیوند بین اتم های C و H در مولکول متان و بین اتم های اکسیژن در مولکول O 2 است. شکسته شده. به جای آنها، پیوندهای جدیدی بین اتم های C و O، H و O ایجاد می شود.
شکل 3 به وضوح نشان می دهد که برای یک واکنش موفق به یکیباید یک مولکول متان مصرف کنید دومولکول های اکسیژن با این حال، ثبت یک واکنش شیمیایی با استفاده از نقشه های مولکول ها خیلی راحت نیست، بنابراین از فرمول های مختصر مواد برای ثبت واکنش های شیمیایی استفاده می شود - این نماد نامیده می شود معادله یک واکنش شیمیایی
شکل 4 – معادله واکنش
معادله واکنش شیمیایی نشان داده شده در شکل 3 به شرح زیر است
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
تعداد اتم های عناصر مختلف در سمت چپ و راست معادله یکسان است. در سمت چپ یکیاتم کربن در مولکول متان (CH 4) و در سمت راست - یکسانما یک اتم کربن را در مولکول CO 2 پیدا می کنیم. هر چهارما قطعاً اتم های هیدروژن را از سمت چپ معادله در سمت راست - در ترکیب مولکول های آب - خواهیم یافت.
در معادله یک واکنش شیمیایی، برای برابر کردن تعداد اتم های یکسان در قسمت های مختلف معادله، شانس، که ثبت می شوند قبل ازفرمول مواد
بیایید واکنش دیگری را در نظر بگیریم - تبدیل اکسید کلسیم CaO (آهک سریع) به هیدروکسید کلسیم Ca(OH) 2 (آهک خاموش) تحت تأثیر آب (شکل 5).
شکل 5- اکسید کلسیم CaO به مولکول آب H 2 O متصل می شود
با تشکیل هیدروکسید کلسیم Ca(OH) 2
بر خلاف معادلات ریاضی، معادلات واکنش شیمیایی نمی توانند سمت چپ و راست را دوباره مرتب کنند. مواد سمت چپ معادله واکنش شیمیایی نامیده می شوند معرف ها، و در سمت راست - محصولات واکنش .
اگر ضلع چپ و راست را در معادله شکل 5 مرتب کنیم، معادله بدست می آید. کاملا متفاوتواکنش شیمیایی
Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O
اگر واکنش بین CaO و H 2 O (شکل 4) به طور خود به خود شروع شود و با آزاد شدن مقدار زیادی گرما ادامه یابد، برای انجام آخرین واکنش به حرارت قوی نیاز است، جایی که Ca (OH) 2 به عنوان معرف عمل می کند. . اجازه دهید همچنین اضافه کنیم که واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها لزوماً نمی‌توانند مولکول باشند، بلکه اتم نیز هستند - برای مثال اگر برخی از عناصر یا عناصر به شکل خالص خود در واکنش دخیل باشند.
H 2 + CuO = Cu + H 2 O
بدین ترتیب به دسته بندی واکنش های شیمیایی می رسیم که در فصل بعد به بررسی آن خواهیم پرداخت.
2. طبقه بندی واکنش های شیمیایی
در فرآیند مطالعه شیمی، با طبقه بندی واکنش های شیمیایی بر اساس معیارهای مختلف مواجه می شوید (جدول 1).
جدول 1 - طبقه بندی واکنش های شیمیایی
| توسط اثر حرارتی | گرمازا- با آزادسازی انرژی 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 + Q ادامه دهید. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q |
| گرماگیر– با جذب انرژی Cu(OH) 2 CuO + H 2 O – Q ادامه دهید. C 8 H 18 C 8 H 16 + H 2 – Q | |
| توسط تعداد و ترکیب اولیه و مواد تشکیل شده است | واکنش های تجزیه- از یک ماده پیچیده چندین ماده ساده تر تشکیل می شود: CaCO 3 CaO + CO 2 C 2 H 5 OH → C 2 H 4 + H 2 O |
| واکنش های مرکب- از چند ماده ساده یا پیچیده یک ماده پیچیده تشکیل می شود: 2H 2 + O 2 → 2H 2 OC 2 H 4 + H 2 → C 2 H 6 | |
| واکنش های جایگزینی– اتم های یک ماده ساده جایگزین اتم های یکی از عناصر موجود در یک ماده پیچیده می شوند: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl | |
| واکنش های مبادله ای- دو ماده پیچیده جزء مبادله می کنند: AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3 HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O | |
| توسط وضعیت تجمع مواد واکنش دهنده | ناهمگون- مواد اولیه و محصولات واکنش در حالت های مختلف تجمع هستند: Fe (s) + CuCl 2 (محلول) → Cu (s) + FeCl 2 (محلول) 2Na (s) + 2C 2 H 5 OH (l) → 2C 2 H 5 ONa (محلول) + H 2 (گرم) |
| همگن- مواد اولیه و محصولات واکنش در یک حالت تجمع هستند: H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g) C 2 H 5 OH (l) + CH 3 COOH (l) → CH 3 COOC 2 H 5 (l) + H 2 O (l) | |
| توسط وجود کاتالیزور | کاتالیزوری 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 C 2 H 4 + H 2 C 2 H 4 |
| غیر کاتالیزوری S + O 2 SO 2 C 2 H 2 + 2Cl 2 → C 2 H 2 Cl 4 | |
| توسط جهت | برگشت ناپذیر- در این شرایط فقط در یک جهت جریان داشته باشید: H 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 + 2HCl CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O |
| برگشت پذیر- در این شرایط به طور همزمان در دو جهت مخالف رخ می دهد: 3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3 . C 2 H 4 + H 2 ↔ C 2 H 6 | |
| توسط تغییر در حالت اکسیداسیون اتم های عناصر | ردوکس– واکنش هایی که با تغییر حالت اکسیداسیون رخ می دهند: Fe 0 + 2H + 1 Cl -1 → Fe 2 + Cl 2 -1 + H 2 0 H + 1 C 0 O -2 H +1 + H 2 → C - 2 H 3 + 1 O -2 H +1 |
| عدم اکسیداسیون-کاهش– واکنش هایی که بدون تغییر حالت اکسیداسیون رخ می دهند: S +4 O 4 -2 + H 2 O → H 2 + S + 4 O 4 -2 CH 3 NH 2 + HCl → (CH 3 NH 3)Cl |
همانطور که می بینید روش های مختلفی برای طبقه بندی واکنش های شیمیایی وجود دارد که در ادامه به بررسی بیشتر آنها می پردازیم.
واکنش شیمیایی فرآیند تبدیل مواد است که طی آن تغییری در ساختار یا ترکیب آنها مشاهده می شود. در نتیجه این فرآیند، مواد اولیه یا معرف ها به محصولات نهایی تبدیل می شوند. امروزه طبقه بندی بسیار واضحی از واکنش های شیمیایی شکل گرفته است.
واکنش ها را با استفاده از معادلات توصیف کنید. علائم واکنش های شیمیایی
چندین طبقه بندی وجود دارد که هر کدام یک یا چند ویژگی را در نظر می گیرند. برای مثال، واکنش های شیمیایی را می توان با توجه به موارد زیر تقسیم کرد:
- کمیت و ترکیب معرف ها و محصولات نهایی؛
- وضعیت تجمع مواد اولیه و نهایی (گاز، مایع، شکل جامد).
- تعداد فازها؛
- ماهیت ذراتی که در طی واکنش (یون، الکترون) منتقل می شوند.
- اثر حرارتی؛
- احتمال وقوع واکنش در جهت مخالف
شایان ذکر است که واکنش های شیمیایی معمولاً با استفاده از فرمول ها و معادلات نوشته می شوند. در این حالت، سمت چپ معادله ترکیب معرف ها و ماهیت برهمکنش آنها را توضیح می دهد و در سمت راست می توانید محصولات نهایی را مشاهده کنید. نکته بسیار مهم دیگر این است که تعداد اتم های هر عنصر در سمت راست و چپ باید برابر باشد. این تنها روشی است که مشاهده می شود
همانطور که قبلا ذکر شد، طبقه بندی های زیادی وجود دارد. رایج ترین موارد استفاده شده در اینجا مورد بحث قرار خواهد گرفت.
طبقه بندی واکنش های شیمیایی بر اساس ترکیب، کمیت محصولات اولیه و نهایی
آنها حاوی چندین ماده هستند که ترکیب می شوند و ماده پیچیده تری را تشکیل می دهند. در بیشتر موارد، این واکنش با انتشار گرما همراه است.
معرف شروع کننده یک ترکیب پیچیده است که در طی فرآیند تجزیه چندین ماده ساده تر را تشکیل می دهد. چنین واکنش هایی می تواند ردوکس باشد یا بدون تغییر در ظرفیت رخ دهد.
واکنش های جانشینی برهمکنش بین یک ماده پیچیده و یک ماده ساده است. در این فرآیند، جایگزینی هر اتمی از یک ماده پیچیده رخ می دهد. واکنش را می توان به صورت شماتیک به صورت زیر نشان داد:
A + BC = AB + C
واکنش های تبادلی فرآیندی است که طی آن دو معرف شروع کننده، اجزای تشکیل دهنده خود را با یکدیگر مبادله می کنند. مثلا:
AB + SD = AD + SV
واکنش های انتقالی با انتقال یک اتم یا گروهی از اتم ها از یک ماده به ماده دیگر مشخص می شود.
طبقه بندی واکنش های شیمیایی: فرآیندهای برگشت پذیر و غیر قابل برگشت
یکی دیگر از ویژگی های مهم واکنش ها، امکان فرآیند معکوس است.
بنابراین، واکنشهای برگشت‌پذیر، واکنش‌هایی هستند که محصولات آنها می‌توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند و مواد اولیه مشابهی را تشکیل دهند. به عنوان یک قاعده، این ویژگی باید در معادله نمایش داده شود. در این حالت دو فلش با جهت مخالف بین سمت چپ و راست معادله قرار می گیرند.
در یک واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر، محصولات آن قادر به واکنش با یکدیگر نیستند - حداقل در شرایط عادی.
طبقه بندی واکنش های شیمیایی بر اساس اثر حرارتی
واکنش های ترموشیمیایی به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:
- فرآیندهای گرمازا، که در طی آن آزاد شدن گرما (انرژی) مشاهده می شود.
- فرآیندهای گرماگیر که نیاز به جذب انرژی از خارج دارند.
طبقه بندی واکنش های شیمیایی بر اساس تعداد فازها و ویژگی های فاز
همانطور که قبلا ذکر شد، مواد نیز برای توصیف کامل یک واکنش شیمیایی اهمیت زیادی دارند. بر اساس این ویژگی ها، مرسوم است که:
- واکنش های گازی؛
- واکنش در محلول ها؛
- فرآیندهای شیمیایی بین
اما محصولات اولیه و نهایی همیشه به یک حالت تجمیع تعلق ندارند. بنابراین، واکنش ها بر اساس تعداد فازها طبقه بندی می شوند:
- واکنش های تک فاز یا همگن فرآیندهایی هستند که محصولات آنها در یک حالت هستند (در بیشتر موارد، چنین واکنشی یا در فاز گاز یا در محلول رخ می دهد).
- (چند فازی) - واکنش دهنده ها و محصولات نهایی می توانند در حالت های مختلف تجمع باشند.
مقالات قبلی طبقه بندی واکنش ها را بر اساس معیارهای زیر مورد بحث قرار دادند:
1. بر اساس تغییرات در حالت اکسیداسیون عناصر در مولکول های مواد واکنش دهنده، همه واکنش ها به موارد زیر تقسیم می شوند:
الف) واکنش های ردوکس (واکنش با انتقال الکترون).
ب) واکنش های غیر ردوکس (واکنش های بدون انتقال الکترون).
2. با توجه به علامت اثر حرارتی، همه واکنش ها به موارد زیر تقسیم می شوند:
الف) گرمازا (آزادکننده گرما)؛
ب) گرماگیر (با جذب گرما می آید).
3. بر اساس همگنی سیستم واکنش، واکنش ها به موارد زیر تقسیم می شوند:
الف) همگن (جریان در یک سیستم همگن)؛
ب) ناهمگن (که در یک سیستم ناهمگن رخ می دهد).
4. بسته به وجود یا عدم وجود کاتالیزور، واکنش ها به موارد زیر تقسیم می شوند:
الف) کاتالیزوری (با مشارکت یک کاتالیزور انجام می شود).
ب) غیر کاتالیزوری (در حال اجرا بدون کاتالیزور).
5. بر اساس برگشت پذیری، تمام واکنش های شیمیایی به موارد زیر تقسیم می شوند:
الف) برگشت ناپذیر (جریان فقط در یک جهت).
ب) برگشت پذیر (جریان همزمان در جهت جلو و معکوس).
بیایید به یکی دیگر از طبقه بندی های پرکاربرد نگاه کنیم.
بر اساس تعداد و ترکیب مواد اولیه (مواد اولیه) و محصولات واکنش، مهمترین انواع واکنش های شیمیایی زیر را می توان تشخیص داد:
الف) واکنش های ترکیبی؛
ب) واکنش های تجزیه؛
ج) واکنش های جایگزینی؛
د) واکنش های مبادله ای
واکنش های مرکب- اینها واکنش هایی هستند که طی آن دو یا چند ماده یک ماده با ترکیب پیچیده تر را تشکیل می دهند: A + B +…=D
تعداد زیادی واکنش از ترکیب مواد ساده (فلزات با غیر فلزات، غیر فلزات با غیر فلزات) وجود دارد، به عنوان مثال:
H2 + Cl2 = 2HCl
واکنش های ترکیب مواد ساده همیشه واکنش های ردوکس هستند. به عنوان یک قاعده، این واکنش ها گرمازا هستند.
مواد پیچیده همچنین می توانند در واکنش های ترکیبی شرکت کنند، به عنوان مثال:
CaO + SO 3 = CaSO 4
K2O + H2O = 2KOH
در مثال های ارائه شده، حالت های اکسیداسیون عناصر در طول واکنش ها تغییر نمی کند.
همچنین واکنش هایی از ترکیب مواد ساده و پیچیده وجود دارد که به واکنش های ردوکس تعلق دارند، به عنوان مثال:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3
2SO2 + O2 = 2SO3
واکنش های تجزیه- اینها واکنش هایی هستند که در آن دو یا چند ماده ساده تر از یک ماده پیچیده تشکیل می شوند: الف = ب + ج + ...
محصولات تجزیه ماده اولیه می توانند هم مواد ساده و هم پیچیده باشند، به عنوان مثال:
2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O
BaCO 3 = BaO + CO 2
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2
واکنش های تجزیه معمولاً زمانی رخ می دهد که مواد گرم می شوند و واکنش های گرماگیر هستند. مانند واکنش های ترکیبی، واکنش های تجزیه می تواند با یا بدون تغییر در حالت اکسیداسیون عناصر رخ دهد.
واکنش های جایگزینی- اینها واکنش هایی بین مواد ساده و پیچیده هستند که طی آن اتم های یک ماده ساده اتم های یکی از عناصر موجود در مولکول یک ماده پیچیده را مخلوط می کنند. در نتیجه واکنش جایگزینی، یک ماده ساده جدید و یک ماده پیچیده جدید تشکیل می شود:
A + BC = AC + B
این واکنش ها تقریباً همیشه واکنش های ردوکس هستند. مثلا:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3
2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2
تعداد کمی از واکنشهای جایگزینی وجود دارد که شامل مواد پیچیده است و بدون تغییر حالت اکسیداسیون عناصر رخ می‌دهد، به عنوان مثال:
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + P 2 O 5
واکنش های مبادله ای- اینها واکنشهای بین دو ماده پیچیده هستند که مولکولهای آنها اجزای تشکیل دهنده خود را مبادله می کنند:
AB + CD= AD+ NE
واکنشهای تبادلی همیشه بدون انتقال الکترون اتفاق می‌افتند، یعنی واکنشهای ردوکس نیستند. مثلا:
HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H2O
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl
در نتیجه واکنش های تبادلی، معمولاً یک رسوب (↓) یا یک ماده گازی () یا یک الکترولیت ضعیف (مثلاً آب) تشکیل می شود.
واکنش شیمیایی یا تبدیل شیمیایی، فرآیندی است که طی آن مواد دیگری از یک ماده تشکیل می‌شوند که از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار متفاوت هستند.
واکنش های شیمیایی بر اساس معیارهای زیر طبقه بندی می شوند:
1) تغییر یا عدم تغییر در مقدار معرف ها و محصولات واکنش. بر اساس این معیار، واکنش ها به واکنش های ترکیب، تجزیه، جایگزینی و مبادله تقسیم می شوند.
واکنش ترکیبی واکنشی است که در آن دو یا چند ماده یک ماده جدید را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، Fe + S → FeS.
واکنش تجزیه واکنشی است که در آن دو یا چند ماده جدید از یک ماده تشکیل می شود. به عنوان مثال، CaCO3 → CaO + CO2.
واکنش جانشینی واکنشی است بین یک ماده ساده و یک ماده پیچیده که طی آن اتم های یک ماده ساده جایگزین اتم های یکی از عناصر یک ماده پیچیده می شوند و در نتیجه یک ماده ساده جدید و یک ماده پیچیده جدید تشکیل می شود. به عنوان مثال، Fe + CuCl2 → Cu + FeCl2.
واکنش تبادلی واکنشی است که در آن دو ماده پیچیده اجزای سازنده خود را مبادله می کنند. به عنوان مثال NaOH + HCl → NaCl + H2O.
2) دومین علامت طبقه بندی واکنش های شیمیایی تغییر یا عدم تغییر در حالت های اکسیداسیون عناصر سازنده مواد واکنش دهنده است. بر اساس این معیار، واکنش ها به واکنش های ردوکس و واکنش هایی که بدون تغییر حالت اکسیداسیون عناصر رخ می دهند، تقسیم می شوند. به عنوان مثال، Zn + S → ZnS (zinc plus es zinc-es را تشکیل می دهد). این یک واکنش ردوکس است که طی آن روی دو الکترون اهدا می کند و حالت اکسیداسیون را به دست می آورد: Zn0 - 2 → Zn +2، و گوگرد 2 الکترون را می پذیرد و حالت اکسیداسیون -2: S0 + 2 → S-2 را به دست می آورد.
فرآیند واگذاری الکترون توسط مواد را اکسیداسیون و فرآیند دریافت الکترون ها را کاهش می گویند.
3) سومین علامت طبقه بندی واکنش های شیمیایی آزاد شدن یا جذب انرژی در طی فرآیند واکنش است. بر اساس این معیار، واکنش ها به گرماده (همراه با انتشار گرما) و گرماگیر (همراه با جذب گرما) تقسیم می شوند.
4) چهارمین علامت طبقه بندی واکنش های شیمیایی، نوع یکی از معرف ها است. بر اساس این معیار، واکنش ها به واکنش های هالوژن (برهم کنش با کلر، برم)، هیدروژناسیون (افزودن مولکول های هیدروژن)، هیدراتاسیون (افزودن مولکول های آب)، هیدرولیز، نیتراسیون تقسیم می شوند.
5) پنجمین علامت طبقه بندی واکنش های شیمیایی وجود کاتالیزور است. بر این اساس، واکنش‌ها به دو دسته کاتالیزوری (که فقط در حضور کاتالیزور رخ می‌دهند) و غیرکاتالیستی (که بدون کاتالیزور انجام می‌شوند) تقسیم می‌شوند.
6) یکی دیگر از نشانه های طبقه بندی واکنش های شیمیایی، اتمام واکنش است. بر اساس این معیار، واکنش ها به برگشت پذیر و غیر قابل برگشت تقسیم می شوند.
دسته بندی های دیگری از واکنش های شیمیایی وجود دارد. همه چیز به این بستگی دارد که چه معیاری به عنوان مبنای آنها استفاده می شود.
خواص شیمیایی مواد در انواع واکنش های شیمیایی آشکار می شود.
تبدیل مواد همراه با تغییر در ترکیب و (یا) ساختار آنها نامیده می شود واکنش های شیمیایی. تعریف زیر اغلب یافت می شود: واکنش شیمیاییفرآیند تبدیل مواد اولیه (مواد اولیه) به مواد (محصولات) نهایی است.
واکنش های شیمیایی با استفاده از معادلات شیمیایی و نمودارهای حاوی فرمول مواد اولیه و محصولات واکنش نوشته می شوند. در معادلات شیمیایی برخلاف نمودارها، تعداد اتم های هر عنصر در سمت چپ و راست یکسان است که قانون بقای جرم را منعکس می کند.
در سمت چپ معادله فرمول های مواد اولیه (معرف ها) نوشته شده است، در سمت راست - مواد به دست آمده در نتیجه واکنش شیمیایی (محصولات واکنش، مواد نهایی). علامت مساوی که دو طرف چپ و راست را به هم متصل می کند نشان می دهد که تعداد کل اتم های مواد درگیر در واکنش ثابت می ماند. این با قرار دادن ضرایب استوکیومتری اعداد صحیح در جلوی فرمول ها به دست می آید که روابط کمی بین واکنش دهنده ها و محصولات واکنش را نشان می دهد.
معادلات شیمیایی ممکن است حاوی اطلاعات اضافی در مورد ویژگی های واکنش باشد. اگر یک واکنش شیمیایی تحت تأثیر تأثیرات خارجی (دما، فشار، تشعشع و غیره) رخ دهد، این با نماد مناسب، معمولاً در بالای (یا «زیر») علامت برابر نشان داده می شود.
تعداد زیادی از واکنش های شیمیایی را می توان به چندین نوع واکنش دسته بندی کرد که ویژگی های بسیار خاصی دارند.
مانند ویژگی های طبقه بندیموارد زیر را می توان انتخاب کرد:
1. تعداد و ترکیب مواد اولیه و محصولات واکنش.
2. وضعیت فیزیکی معرف ها و محصولات واکنش.
3. تعداد مراحلی که شرکت کنندگان در واکنش در آن قرار دارند.
4. ماهیت ذرات منتقل شده.
5. امکان وقوع واکنش در جهت جلو و معکوس.
6. علامت اثر حرارتی تمام واکنش ها را به موارد زیر تقسیم می کند: گرمازاواکنش‌هایی که با اثر بیرونی رخ می‌دهند - آزادسازی انرژی به شکل گرما (Q>0، ∆H<0):
C + O 2 = CO 2 + Q
و گرماگیرواکنش هایی که با اثر اندو رخ می دهند - جذب انرژی به شکل گرما (Q<0, ∆H >0):
N 2 + O 2 = 2NO - Q.
چنین واکنش هایی به عنوان ترموشیمیایی.
بیایید نگاهی دقیق تر به هر نوع واکنش بیندازیم.
طبقه بندی بر اساس تعداد و ترکیب معرف ها و مواد نهایی
1. واکنش های مرکب
هنگامی که یک ترکیب از چندین ماده واکنش دهنده با ترکیب نسبتا ساده واکنش می دهد، یک ماده با ترکیب پیچیده تر به دست می آید:
به عنوان یک قاعده، این واکنش ها با انتشار گرما همراه است، یعنی. منجر به تشکیل ترکیبات پایدارتر و کم انرژی تر می شود.
واکنش های ترکیبات مواد ساده همیشه در طبیعت ردوکس هستند. واکنش های مرکب که بین مواد پیچیده رخ می دهد می تواند بدون تغییر در ظرفیت رخ دهد:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2،
و همچنین به عنوان ردوکس طبقه بندی شود:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3.
2. واکنش های تجزیه
واکنش های تجزیه منجر به تشکیل چندین ترکیب از یک ماده پیچیده می شود:
A = B + C + D.
محصولات تجزیه یک ماده پیچیده می توانند هم مواد ساده و هم مواد پیچیده باشند.
از واکنشهای تجزیه‌ای که بدون تغییر حالت‌های ظرفیت رخ می‌دهد، تجزیه هیدرات‌های کریستالی، بازها، اسیدها و نمک‌های اسیدهای حاوی اکسیژن قابل توجه است:
| به | ||
| 4HNO3 | = | 2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O. |
2AgNO3 = 2 Ag + 2NO2 + O2،
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
واکنش های تجزیه ردوکس به ویژه برای نمک های اسید نیتریک مشخص است.
واکنشهای تجزیه در شیمی آلی ترک خوردگی نامیده می‌شوند:
C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20،
یا هیدروژن زدایی
C4H10 = C4H6 + 2H2.
3. واکنش های جایگزینی
در واکنش های جانشینی، معمولاً یک ماده ساده با یک ماده پیچیده واکنش می دهد و یک ماده ساده دیگر و یک ماده پیچیده دیگر را تشکیل می دهد:
A + BC = AB + C.
این واکنش ها عمدتاً به واکنش های ردوکس تعلق دارند:
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3،
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2،
2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2،
2KlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2.
نمونه‌هایی از واکنشهای جایگزینی که با تغییر در وضعیت ظرفیت اتم‌ها همراه نیستند، بسیار کم هستند. لازم به ذکر است که واکنش دی اکسید سیلیکون با نمک های اسیدهای حاوی اکسیژن که مربوط به انیدریدهای گازی یا فرار است:
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2،
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 \u003d 3СаSiO 3 + P 2 O 5،
گاهی اوقات این واکنش ها به عنوان واکنش های مبادله ای در نظر گرفته می شوند:
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl.
4. واکنش های مبادله ای
واکنش های مبادله ایواکنش های بین دو ترکیب هستند که اجزای تشکیل دهنده خود را با یکدیگر مبادله می کنند:
AB + CD = AD + CB.
اگر فرآیندهای ردوکس در طی واکنشهای جانشینی رخ دهند، واکنشهای تبادلی همیشه بدون تغییر وضعیت ظرفیت اتم‌ها رخ می‌دهند. این رایج ترین گروه واکنش بین مواد پیچیده - اکسیدها، بازها، اسیدها و نمک ها است:
ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O،
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3،
CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 + ZNaCl.
یک مورد خاص از این واکنش های مبادله ای است واکنش های خنثی سازی:
HCl + KOH = KCl + H 2 O.
به طور معمول، این واکنش ها از قوانین تعادل شیمیایی پیروی می کنند و در جهتی پیش می روند که حداقل یکی از مواد به شکل گاز، ماده فرار، رسوب یا ترکیب کم تفکیک (برای محلول ها) از کره واکنش خارج شود:
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2،
Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O،
CH 3 COONa + H 3 PO 4 = CH 3 COOH + NaH 2 PO 4.
5. واکنش های انتقال.
در واکنشهای انتقال، یک اتم یا گروهی از اتم‌ها از یک واحد ساختاری به واحد دیگر حرکت می‌کنند:
AB + BC = A + B 2 C،
A 2 B + 2CB 2 = DIA 2 + DIA 3.
مثلا:
2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4،
H 2 O + 2NO 2 = HNO 2 + HNO 3.
طبقه بندی واکنش ها بر اساس ویژگی های فاز
بسته به وضعیت تجمع مواد واکنش دهنده، واکنش های زیر متمایز می شوند:
1. واکنش های گازی
| H2+Cl2 | 2HCl. |
2. واکنش ها در محلول ها
NaOH (محلول) + HCl (p-p) = NaCl (p-p) + H 2 O (l)
3. واکنش های بین جامدات
| به | ||
| CaO (تلویزیون) + SiO 2 (تلویزیون) | = | CaSiO 3 (سل) |
طبقه بندی واکنش ها بر اساس تعداد فازها.
فاز به عنوان مجموعه ای از قطعات همگن یک سیستم با خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان و جدا از یکدیگر توسط یک رابط شناخته می شود.
از این منظر، کل انواع واکنش ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
1. واکنش های همگن (تک فاز).اینها شامل واکنش هایی است که در فاز گاز و تعدادی از واکنش هایی که در محلول ها رخ می دهند.
2. واکنش های ناهمگن (چند فازی).اینها شامل واکنش هایی است که در آنها واکنش دهنده ها و محصولات واکنش در فازهای مختلف هستند. مثلا:
واکنش های فاز گاز-مایع
CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHCO 3 (p-p).
واکنش های فاز جامد گاز
CO 2 (گرم) + CaO (تلویزیون) = CaCO 3 (تلویزیون).
واکنش های فاز مایع-جامد
Na 2 SO 4 (محلول) + BaCl 3 (محلول) = BaSO 4 (tv) ↓ + 2NaCl (p-p).
واکنش های فاز مایع-گاز-جامد
Ca(HCO 3) 2 (محلول) + H 2 SO 4 (محلول) = CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (sol)↓.
طبقه بندی واکنش ها بر اساس نوع ذرات منتقل شده
1. واکنش های پروتولیتیک.
به واکنش های اولیهشامل فرآیندهای شیمیایی است که ماهیت آنها انتقال یک پروتون از یک ماده واکنش دهنده به ماده دیگر است.
این طبقه بندی بر اساس تئوری اولیه اسیدها و بازها است که بر اساس آن اسید هر ماده ای است که یک پروتون اهدا می کند و باز ماده ای است که می تواند یک پروتون را بپذیرد، به عنوان مثال:
واکنش های پروتولیتیک شامل واکنش های خنثی سازی و هیدرولیز است.
2. واکنش های ردوکس.
اینها شامل واکنش‌هایی است که در آن مواد واکنش‌دهنده، الکترون‌ها را مبادله می‌کنند و در نتیجه حالت‌های اکسیداسیون اتم‌های عناصر سازنده مواد واکنش‌دهنده را تغییر می‌دهند. مثلا:
Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2،
FeS 2 + 8HNO 3 (conc) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O،
اکثریت قریب به اتفاق واکنشهای شیمیایی، واکنشهای ردوکس هستند و نقش بسیار مهمی دارند.
3. واکنش های تبادل لیگاند.
اینها شامل واکنش هایی است که طی آن انتقال یک جفت الکترون با تشکیل یک پیوند کووالانسی از طریق مکانیسم دهنده-گیرنده اتفاق می افتد. مثلا:
مس (NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2،
Fe + 5CO =
Al(OH) 3 + NaOH = .
یکی از ویژگی های واکنش های تبادل لیگاند این است که تشکیل ترکیبات جدیدی به نام کمپلکس بدون تغییر حالت اکسیداسیون اتفاق می افتد.
4. واکنش های تبادل اتمی - مولکولی.
این نوع واکنش شامل بسیاری از واکنشهای جایگزینی مورد مطالعه در شیمی آلی است که از طریق مکانیسم رادیکال، الکتروفیل یا هسته دوست رخ می‌دهد.
واکنش های شیمیایی برگشت پذیر و غیر قابل برگشت
فرآیندهای شیمیایی برگشت پذیر آنهایی هستند که محصولات آنها قادر به واکنش با یکدیگر در شرایط مشابهی هستند که در آن مواد اولیه به دست آمده اند.
برای واکنش های برگشت پذیر، معادله معمولاً به صورت زیر نوشته می شود:
دو فلش با جهت مخالف نشان می دهد که در شرایط یکسان، هر دو واکنش رو به جلو و معکوس به طور همزمان رخ می دهند، به عنوان مثال:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O.
فرآیندهای شیمیایی برگشت ناپذیر آنهایی هستند که محصولات آنها قادر به واکنش با یکدیگر برای تشکیل مواد اولیه نیستند. نمونه هایی از واکنش های برگشت ناپذیر شامل تجزیه نمک برتوله هنگام گرم شدن است:
2KlО 3 → 2Kl + ЗО 2،
یا اکسیداسیون گلوکز توسط اکسیژن اتمسفر:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O .