Гомогенная реакция примеры в уравнениях

Гомогенные реакции: описание и примеры

Для правильного проведения химических реакций важно знать, в каких условиях они протекают. Гомогенная среда реагентов позволяет определять скорость их взаимодействия. Существуют особые факторы, которые могут замедлять или ускорять гомогенные реакции.

Классификация

Химические взаимодействия можно разделить на разные группы, благодаря присутствию большого числа критериев.

Существуют следующие признаки:

1. Наличие раздела реакционной фазы. Реакции могут быть гомогенными или гетерогенными.
2. Изменение окислительной степени реагирующих веществ.
3. Выделение или поглощение тепла.
4. Тип изменений реагирующих веществ, связанных с соединением, разложением, замещением или обменом.

Гомогенная среда

Это однородная система, в которой химические и физические характеристики компонентов в любой ее точке постоянны, а если они изменяются, то в непрерывном темпе, без проявления резких скачков. Все ее части не имеют поверхностного разделения. Так протекают гомогенные химические реакции.

Наличие нескольких реагентов в однородной фазе нельзя визуально определить или отделить их механическим способом. Такая особенность возможна благодаря равномерному распределению составных частиц одного компонента в другом.

К примерам однородных фаз следует отнести газовые смеси, замерзшую воду, растворы в жидкой или твердой форме.

Определение гомогенных взаимодействий

Их еще называют гомофазными реакциями. Это процессы, протекающие в области одной однородной среды, а реагирующие компоненты и получаемые продукты находятся в неизменном состоянии.

Гомогенные реакции имеют величины, которые остаются в одинаковых показателях, а если они меняются, то с непрерывной скоростью.

Когда процессы проходят в области разделения двух фаз, то их называют гетерогенными.

Если реакции многостадийные, то они могут быть смешанного типа. В них начальные этапы протекают в гомогенной среде, а конечные процессы в гетерогенной фазе. Такие взаимодействия чаще всего происходят в природе.

Гомогенные реакции, примеры уравнений

К ним относят процесс хлорирования молекул метана в газовой среде. Данная реакция протекает при высокой температуре или при воздействии ультрафиолета. В результате смешивания метана и хлора происходит поэтапное взаимодействие экзотермического типа.

Промежуточными продуктами являются газообразные вещества, к которым относят молекулы хлорметана, дихлорметана, трихлорметана, хлороводорода. Во время реакции происходит постепенное замещение атомов водорода в метане на атомы хлора. Конечным веществом служит четыреххлористый углерод.

Существуют и одноэтапные гомогенные реакции. Примеры таких взаимодействий указаны ниже.

К гомофазным процессам можно отнести:

• расщепление оксида пятивалентного азота в газовой среде под действием высокой температуры: N₂O₅↑ + N₂O₅↑ → NO₂ + NO₂ + NO₂ + NO₂ + O₂;
• нейтрализацию раствором гидроксида натрия раствора соляной кислоты, с образованием раствора хлорида натрия и воды: HCl + NaOH → NaCl + H₂O;
• этановое горение с выделением оксида четырехвалентного углерода и водяного пара: С₂Н ₆↑ + С₂Н ₆↑ + 7О₂↑ → 4СО₂↑ + 6Н₂О↑;
• превращение молекулярного кислорода во время грозы в озон: 3О₂↑ → 2О₃↑.

Гомогенные реакции достаточно часто протекают в жидкой среде. К ним причисляют процессы галоидирования, расщепления всевозможных сложных соединений на более простые или на радикалы, замещение одних атомов другими по нуклеофильному или электрофильному типу, отщепление частей молекулы или их перегруппировка, удлинение цепочки за счет полимеризации, окислительное взаимодействие. В результате образуются жидкие продукты.

Скорость реакций гомогенных

Протекание того или иного процесса может занимать разные временные промежутки. Важной характеристикой такого взаимодействия является скорость гомогенной реакции. Представляет она числовую величину, которая определяет изменение концентрации любого реагента за временной промежуток.

Ее можно охарактеризовать по-другому: как значение, устанавливающее перемену количества взаимодействующего компонента в заданном объеме за определенное время. Главным условием является отсутствие изменения массы в системе.

При расчете скорости реакции в гомогенной среде (обозначают как V_i) используют убыль или прирост молярного количества реагирующего вещества (C_i) за определенное время (t). Существует специальная формула расчета:

Для химического процесса HCl + NaOH → NaCl + H₂O быстроту протекания можно определить по уменьшению концентрации каждого реагента (соляной кислоты или натрия гидроксида) или по увеличению количества продуктов превращения (натрия хлорида или воды) за временной промежуток при постоянных температурных условиях.

Для определения скорости гомогенных реакций концентрацию берут в молях на литр, а время измеряют в секундах. Расчет производится следующим образом:

V_i = ± C_i / t = − [HCl] / t = − [NaOH] / t = [NaCl] / t = [H₂O] / t.

Факторы, влияющие на скорость

Гомогенной является реакция, у которой быстрота протекания данного процесса прямо пропорциональна заданному веществу в единице объема. Чем больше молекул задействовано, тем быстрее осуществляется взаимодействие.

Основными факторами, влияющими на скорость процессов в однородной среде, являются концентрация реагентов и продуктов реакции, их химическая природа, температурные условия, давление в реакционном объеме, а также наличие ускорителей, катализирующих изменения.

Зависимость быстроты протекания реакций от нагревания была установлена ученым Вант-Гоффом. Согласно его утверждению, каждое температурное повышение на 10° увеличивает в гомогенных реакциях скорость в 2 или 4 раза. В более теплой среде молекулы начинают активнее двигаться, сталкиваться друг с другом, что приводит к их взаимодействию.

Гомогенные реакции со временем протекают с разной интенсивностью, поэтому их скорости могут быть истинными (в определенный момент) и средними, что следует учитывать при расчетах.

Классификация реакций

Существует несколько классификаций реакций, протекающих в неорганической и органической химии.

По характеру процесса

• Соединения

Так называют химические реакции, где из нескольких простых или сложных веществ получается одно сложное вещество. Примеры:

В результате реакции разложения сложное вещество распадается на несколько сложных или простых веществ. Примеры:

В ходе реакций замещения атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов. Примеры:

К реакциям обмена относятся те, которые протекают без изменения степеней окисления и выражаются в обмене компонентов между веществами. Часто обмен происходит анионами/катионами:

AgF + NaCl = AgCl↓ + NaF

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Это те химические реакции, в процессе которых происходит изменение степеней окисления химических элементов, входящих в состав исходных веществ. ОВР подразделяются на:

Межмолекулярные — атомы окислителя и восстановителя входят в состав разных молекул. Примеры:

Внутримолекулярные — атомы окислителя и восстановителя в составе одного сложного вещества. Примеры:

Диспропорционирование — один и тот же атом является и окислителем, и восстановителем

Замечу, что окислителем и восстановителем могут являться только исходные вещества (а не продукты!) Окислитель всегда понижает свою СО, принимая электроны в процессе восстановления. Восстановитель всегда повышает свою СО, отдавая электроны в процессе окисления.

От обилия информации можно запутаться. Я рекомендую сформулировать четко: «Окислитель — понижает СО, восстановитель — повышает СО». Запомнив эту информацию таким образом, вы не будете путаться.

ОВР уравнивают методом электронного баланса, с которым мы подробно познакомимся в разделе «Решения задач».

Обратимые и необратимые реакции

Обратимые реакции — такие химические реакции, которые протекают одновременно в двух противоположных направлениях: прямом и обратном. При записи реакции в таких случаях вместо знака «=» ставят знак обратимости «⇆».

Классическим примером обратимой реакции является синтез аммиака и реакция этерификации (из органической химии):

Необратимые реакции протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Главное отличие их от обратимых реакций в том, что образовавшиеся продукты реакции не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.

Иногда сложно бывает отличить обратимую реакцию от необратимой, однако я дам несколько советов, которые советую взять на вооружение. В результате необратимых реакций:

• Образуются малодиссоциирующие вещества (например — вода, однако есть исключения — реакция этерификации)
• Реакция сопровождается выделение большого количества тепла
• В ходе реакции образуется газ или выпадает осадок

Примеры необратимых реакций:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O (образуется вода)

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ (сопровождается выделением большого количества тепла)

Реакции и агрегатное состояние фаз

Фазой в химии называют часть объема равновесной системы, однородную во всех своих точках по химическому составу и физическим свойствам и отделенную от других частей того же объема поверхностью раздела. Фаза бывает жидкой, твердой и газообразной.

Все реакции можно разделить на гетеро- и гомогенные. Гетерогенные реакции (греч. heterogenes — разнородный) — реакции, протекающие на границе раздела фаз, в неоднородной среде. Скорость таких реакций зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ.

К гетерогенным реакциям относятся следующие реакции (примеры): жидкость + газ, газ + твердое вещество, твердое вещество + жидкость. Примером такой реакции может послужить взаимодействие твердого цинка и раствора соляной кислоты:

Гомогенные реакции (греч. homogenes — однородный) — реакции, протекающие между веществами, находящимися в одной фазе.

К гомогенным реакциям относятся (примеры): жидкость + жидкость, газ + газ. Примером такой реакции может служить взаимодействие между растворами уксусной кислоты и едкого натра.

Реакции и их тепловой эффект

Все реакции можно разделить на те, в ходе которых тепло поглощается, или, наоборот, тепло выделяется. Представьте пробирку, охлаждающуюся или нагревающуюся в вашей руке — это и есть тот самый тепловой эффект. Иногда тепла выделяется так много, что реакции сопровождаются воспламенением или взрывом (натрий с водой).

Экзотермические реакции (греч. exo — вне) — химические реакции, сопровождающиеся потерей энергии системой и выделением тепла (той самой энергии) во внешнюю среду. При написании химических реакций в конце экзотермических ставят «+ Q» (Q — тепло), иногда бывает указано точное количество выделяющегося тепла. Например:

2Mg + O₂ = 2MgO + Q

NaOH + HCl = NaCl + H₂O + 56 кДж

К экзотермическим реакциям часто относятся реакции горения, соединения.

Исключением является взаимодействие азота и кислорода, при котором тепло поглощается:

Как уже было отмечено выше, если тепло выделяется во внешнюю среду, значит, система реагирующих веществ потеряло это тепло. Поэтому не должно казаться противоречием, что внутренняя энергия веществ в результате экзотермической реакции уменьшается.

Энтальпией называют (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. Иногда с целью «запутывания» в реакции вместо явного +Q при экзотермической реакции могут написать ΔH 0, так как внутренняя энергия веществ увеличивается. Например:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑ ; ΔH > 0 (значит реакция эндотермическая, так как внутренняя энергия увеличивается)

Замечу, что не все реакции разложения являются эндотермическими. Широко известная реакция разложения дихромата аммония («вулканчик») является примером экзотермического разложения, при котором тепло выделяется.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Гомогенные реакции.

Гомогенные реакции – реакции, протекающие полностью в одной фазе. Например:

В жидкой фазе гомогенно происходят разнообразные гомолитические превращения, распад молекул, нуклеофильное и электрофильное замещение, перегруппировки, цепные реакции (галогенирование, окисление, полимеризация).

Скорость реакции протекающих в одной фазе подчиняются закону действующих масс:

Скорость химической реакции определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.

В соответствии с законом скорость химической реакции может быть представлена в следующем виде:

где k — коэффициент, не зависящий от концентрации, называется константой скорости реакции,

v_A и v_B – постоянные числа – показатели порядка скорости реакции по реагентам А и В.

Такая зависимость справедлива только для газов и жидкостей (гомогенные системы).