Классификации уравнений реакций в химии

Химические реакции их классификация (Схема, Таблица)

Химическая реакция — это превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при этом ядра атомов не меняются, происходит только перераспределение электронов и ядер, и образуются новые химические вещества. При химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов (в отличие от ядерных реакций).

Классификация химических реакций схема

Химические реакции классифицируются по тепловому эффекту, по изменению степени окисления атомов в реагирующих веществах, по числу и составу исходных и образующихся веществ, и по признаку обратимости.

Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ

Реакция, в которой из одного исходного вещества образуется несколько новых веществ

2HgO → t → 2Hg + O₂

Реакция между простым и сложным веществами, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества

Реакция, в результате которой два вещества обмениваются своими составными частями, образуя два новых вещества

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Реакция, в результате которой из двух или нескольких веществ образуется одно новое

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

Тепловой эффект химической реакции — это количество теплоты (Q), которое выделяется или поглощается в химической реакции.

Реакция, проходящая с поглощением теплоты

Реакция, проходящая с выделением теплоты

Термохимическое уравнение — уравнение химической реакции, в котором указан тепловой эффект реакции:

Термохимические расчеты основаны на законе Гесса:

— тепловой эффект химической реакции зависит от состояний исходных веществ и продуктов реакций, но не зависит от промежуточных стадий процесса

— тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции эа вычетом суммы теплот образования исходных веществ

Классификация химических реакций по признаку обратимости

Такая реакция, которая в данных условиях протекает одновременно в двух взаимно противоположных направлениях

Такая реакция, которая в данных условиях протекает до конца, т. е. до полного превращения исходных реагирующих веществ в конечные продукты реакции

Таблица признаки необратимости реакций

Реакция идет с выделением большого количества теплоты

2Mg + O₂ → 2MgO + Q

Хотя бы один продукт реакции покидает сферу реакции (выпадает в осадок или выделяется в виде газа)

В результате реакции образуются малодиссоциируе-мые вещества

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Классификация химических реакций по изменению степени окисления

Проходящая с изменением степени окисления атомов (окислительно-восстановительная)

реакция, при которой происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим

— 2KI -1 + Сl ₂ 0 → 2КСl -1 + I ₂ 0

Проходящая без изменения степени окисления

Реакция, в которой степень окисления каждого атома после реакции остается неизменной

Влияние изменения условий на положение химического равновесия

Изменение условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия

Изменение скоростей прямой и обратной реакции в начальный момент

Направление смешения положения равновесия

В большей степени возрастает скорость эндотермической реакции

В сторону эндотермической реакции

В большей степени понижается скорость эндотермической реакции

В сторону экзотермической реакции

В большей степени возрастает скорость реакции, протекающей с уменьшением числа молей газообразных веществ

В сторону уменьшения числа молей газообразных веществ в системе

В большей степени понижается скорость реакции протекающей с уменьшением числа молей газообразных веществ

В сторону увеличения числа молей газообразных веществ в системе

Возрастает скорость реакции, по которой вводимое вещество расходуется

В сторону реакции, по которой вводимое вещество расходуется

Уменьшается скорость реакции, где реагентом является вещество, концентрация которого уменьшается

В сторону реакции, по которой образуется вещество, концентрация которого уменьшается

Скорости прямой и обратной реакции изменяются одинаково

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.

Классификация химических реакций

Химическая реакция — это превращение одних веществ (реагентов) в другие, отличающиеся по химическому составу или строению (продукты реакции).

ПРИЗНАКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Химическое превращение от физического всегда можно отличить по наличию одного или нескольких признаков:

· образование слабодиссоциированных веществ (например, воды);

· выделение энергии (тепловой или световой).

ТИПЫ КЛАССИФИКАЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Существует несколько подходов к классификации химических реакций, основные из них представлены на схеме ниже.

Рассмотрим их подробнее.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ЧИСЛУ И СОСТАВУ РЕАГИРУЮЩИХ И ОБРАЗУЮЩИХСЯ ВЕЩЕСТВ

Первая реакция является реакцией соединения (иногда говорят присоединения), поскольку из двух веществ получается одно. Во второй реакции, наоборот, из одного вещества получается два и это реакция разложения.

В реакциях замещения простое вещество замещает один из элементов в сложном веществе, в результате чего получается новое просто вещество и новое сложное вещество. Например:

В реакциях обмена два сложных вещества обмениваются своими составными частями и образуется два новых сложных вещества:

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИЗМЕНЕНИЮ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степеней окисления элемента(ов).

В любой окислительно-восстановительной реакции (ОВР) всегда должен быть как минимум один элемент, повышающий степень окисления ( восстановитель ), и другой — понижающий степень окисления ( окислитель ).

Если элемент-окислитель и элемент-восстановитель входят в состав разных молекул, то такая ОВР называется межмолекулярной .

Если же эти элементы входят в состав одной молекулы, такие реакции называются внутримолекулярными ОВР.

6KOH(конц.)+3Cl 2 =KClO 3 +5KCl+3H 2 O

Cl 0 2+1⋅2e¯→2Cl − | 5 окислитель, процесс восстановление

Cl 0 2−5⋅2e¯→2Cl +5 | 1 восстановитель, процесс окисление

В этой реакции хлор простое вещество одновременно и окислился (до KClO 3) и восстановился (до KCl). Такие реакции называются реакциями диспропорционирования.

Окислительно-восстановительные реакции, в которых один и тот же элемент одновременно и повышает, и понижает степень окисления, называются реакции диспропорционирования .

Противоположны этим реакциям реакции — реакции конпропорционирования:

S +4 +4e¯→S 0 | 1 окислитель, процесс восстановление

S −2 −2e¯→S 0 | 2 восстановитель, процесс окисление

Окислительно-восстановительные реакции, в которых один и тот же элемент одновременно и окисляется, и восстанавливается до одной степени окисления, называются реакции конпропорционирования .

Более подробно тема ОВР рассмотрена в темах «ОВР в органической химии» . «Окислительно-восстановительные реакции»

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ

Тепловой эффект реакции — ΔH — теплота, поглощаемая или выделяемая системой в ходе химической реакции.

Вспомним, что любая химическая реакция протекает с разрывом старых химических связей и образованием новых. При этом изменяется электронное состояние атомов, их взаиморасположение, а потому и внутренняя энергия продуктов реакции отличается от внутренней энергии реагентов. Как вы знаете, в образовании связи участвуют атомные орбитали. Для молекул с ковалентной связью механизм образования химической связи объясняет метод валентных связей (ВС). Основные принципы метода ВС рассматриваются в теме «Виды, характеристики и механизмы образования химической связи». Наиболее полно особенности образования связывающих и разрыхляющих орбиталей объясняет метод молекулярных орбиталей, как линейной комбинации атомных орбиталей (МОЛКАО), изучающийся в специальном разделе химической термодинамики и в квантовой химии. Рассмотрим два принципиально возможных варианта перераспределения энергии при протекании химической реакции:

1. Е реагентов > Е продуктов . Благодаря «выигрышу» в энергии атомы соединяются и образуют молекулы. Исходя из закона сохранения энергии, в результате такой реакции избыточная энергия выделяется в окружающую среду, чаще всего в виде тепла или света.

2. Е реагентов В этом случае для протекания реакции необходима дополнительная энергия, которая может быть получена извне в виде дополнительного нагревания, УФ-облучения или в других формах. При этом температура реагирующей системы должна понижаться за счет поглощения энергии.

Экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением тепла (+Q)

Самые типичные экзотермические реакции — это реакции горения. Иногда энергетический «выигрыш» настолько велик, что происходит выделение и тепловой и световой энергии, что чаще всего принято называть взрывом. Например, горение метана в атмосфере воздуха.

В случае, если на образование новых химических связей требуется энергия большая, чем выделилась при разрыве старых связей, то системе требуется дополнительная подача тепла.

Эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением тепла (-Q)