20. Виды химических реакций. Факторы, определяющие процесс реакции.
Виды реакций
Все химические реакции подразделяют на простые и сложные. Простые химические реакции, в свою очередь, обычно подразделяют на четыре типа: реакции соединения, реакции разложения, реакции замещения и реакции обмена.
Д. И. Менделеев определял соединение как реакцию, «при которой из двух веществ происходит одно. Примером химической реакции соединения может служить нагревание порошков железа и серы, - при этом образуется сульфид железа: Fe+S=FeS. К реакциям соединения относят процессы горения простых веществ (серы, фосфора, углерода,...) на воздухе. Например, углерод горит на воздухе С+О2=СО2 (конечно эта реакция протекает постепенно, сначала образуется угарный газ СО). Реакции горения всегда сопровождаются выделением тепла — являются экзотермическими.
Химические реакции разложения, по Менделееву, «составляют случаи, обратные соединению, то есть такие, при которых одно вещество даёт два, или, вообще, данное число веществ — большее их число. Примером реакции разложение меже служить химическая реакция разложения мела (или известняка под воздействием температуры): СаСО3=СаО+СО2. Для проведения реакции разложения, как правило, требуется нагревание. Такие процессы — эндотермические, т. е. протекают с поглощением теплоты.
В реакциях двух других типов число реагентов равно числу продуктов. Если взаимодействуют простое вещество и сложное —то эта химическая реакция называется химической реакцией замещения: Например, опустив стальной гвоздь в раствор медного купороса получаем железный купорос (здесь железо вытеснило медь из её соли) Fe+CuSO4= FeSO4+Cu.
Реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими частями, относят к химическим реакциям обмена. Большое их число протекает в водных растворах. Примером химической реакции обмена может служить нейтрализация кислоты щёлочью: NaOH+HCl=NaCl+Н2О. Здесь в реагентах (веществах, стоящих слева) ион водорода из соединения HCl обменивается с ионом натрия из соединения NaOH, в результате чего образуется раствор поваренной соли в воде
Типы реакций и их механизмы приведены в таблице:
|
химические реакции соединения A + B = AB Из нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное |
химические реакции разложения AB = A + B Из сложного вещества образуется несколько простых или сложных веществ |
химические реакции замещения A + BC =AC + B Атом простого вещества замещает один из атомов сложного |
химические реакции ионного обмена AB+CD = AD+CB Сложные вещества обмениваются своими составными частями |
Однако очень многие реакции не укладываются в приведённую простую схему. Они не могут быть отнесены ни к одному из указанных типов. Такие реакции, обычно, называют окислительно - восстановительные реакции. например:
Окислительно-восстановительные реакции - составляют особый класс химических реакций. Их характерной особенностью является изменение степени окисления, по крайней мере, пары атомов: окисление одного (потеря электронов) и восстановление другого (присоединение электронов). Сложные вещества, понижающие свою степень окисления - окислители, а повышающие степень окисления - восстановители. Например: 2Na + Cl2 = 2NaCl,
- здесь окислитель - хлор (он присоединяет к себе электроны), а
восстановитель - натрий (он отдаёт электроны). Реакция замещения NaBr-1+ Cl20 = 2NaCl-1 + Br20 (характерна для галогенов) тоже относится к окислительно -восстановительным реакциям. Здесь хлор - окислитель (принимает 1 электрон), а бромид натрия (NaBr) - восстановитель (атом брома отдаёт электрон).
Признаки химических реакций. По ним можно судить, прошла ли химическая реакция между реагентами или нет. К таким признакам принято относить следующие: - Изменение цвета (например, светлое железо покрывается во влажном воздухе бурым налётом оксида железа - химическая реакция взаимодействия железа с кислородом). - Выпадение осадка (например, если через известковый раствор (раствор гидроксида кальция) пропустить углекислый газ, выпадет белый нерастворимый осадок карбоната кальция). - Выделение газа (например, если капнуть лимонной кислотой на пищевую соду, то выделится углекислый газ).
- Образование слабодиссоциированных веществ (например, реакции, при которых одним из продуктов реакции является вода).
- Свечение раствора.
Факторы, влияющие на скорость химической реакции
Скорость химической реакции – число элементарных актов химического взаимодействия, протекающих в единицу времени в единицу объема (гомогенные) или на единице поверхности (гетерогенные).
Истинная скорость реакции:
Во всех случаях реакций в газообразной, жидкой или твердой фазах главный фактор – природа реагирующих веществ – характер связи между атомами в молекулах реагентов.
Для гомогенных, гетерогенных реакций:
1) концентрация реагирующих веществ;
2) температура;
3) катализатор;
4) ингибитор.
Только для гетерогенных:
1) скорость подвода реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;
2) площадь поверхности.
Пример:
NO2 – оксид азота (IV) – лисий хвост, СО – угарный газ, монооксид углерода.
Если их окислить кислородом, то в первом случае реакция пойдет мгновенно, стоит приоткрыть пробку сосуда, во втором случае реакция растянута во времени.