Хімічна реакція

Хімічна реакція - перетворення одного або декількох вихідних речовин ( реагентів) у відрізняються від них за хімічним складом або будовою речовини (продукти реакції). На відміну від ядерних реакцій, при хімічних реакціях ядра атомів не змінюються, зокрема не змінюється їх загальне число, ізотопний склад хімічних елементів, при цьому відбувається перерозподіл електронів і ядер і утворюються нові хімічні речовини.

Хімічні реакції відбуваються при змішуванні або фізичному контакті реагентів мимовільно, при нагріванні, участю каталізаторів ( каталіз), дії світла ( фотохімічні реакції), електричного струму (електродні процеси), іонізуючих випромінювань (радіаційно-хімічні реакції), механічної дії (МЕХАНОХІМІЧНО реакції), в низькотемпературній плазмі (плазмохімічні реакції) і т. п. Взаємодія молекул між собою відбувається по ланцюговому маршрутом: асоціація - електронна ізомеризація - дисоціація, в якому активними частками є радикали, іони, координаційно-ненасичені сполуки. Швидкість хімічної реакції визначається концентрацією активних частинок і різницею між енергіями зв'язку розривається і утворюється.


1. Класифікація

Існує велика кількість ознак, за якими можна класифікувати хімічні реакції.

1.1. За фазовим складом реагуючої системи

  • Гомогенні гомофазние реакції. В реакціях такого типу реакційна суміш є гомогенною, а реагенти і продукти належать одній і тій же фазі. Прикладом таких реакцій можуть служити реакції іонного обміну, наприклад, нейтралізація кислоти і луги в розчині:
Na O H (Раств.) + H Cl (Раств.) Na Cl (Раств.) + H 2 O (Рідина)
  • Гетерогенні гетерофазні реакції. У цьому випадку реагенти перебувають у різному фазовому стані, продукти реакції також можуть перебувати в будь-якому фазовому стані. Реакційний процес протікає на межі розділу фаз. Прикладом може служити реакція солей вугільної кислоти ( карбонатів) з кислотами Бренстеда:
C O 3 (тверде) + 2 H Cl (Раств.) Cl 2 (раств.) + C O 2 (газ) + H 2 O (Рідина)
  • Гетерогенні гомофазние реакції. Такі реакції протікають в межах однієї фази, однак реакційна суміш є гетерогенної. Наприклад, реакція утворення хлориду амонію з газоподібних хлороводню і аміаку:
N H 3 (газ) + H Cl (Газ) N H 4 Cl (Тверде)
  • Гомогенні гетерофазні реакції. Реагенти і продукти в такій реакції існують в межах однієї фази, однак реакція протікає на поверхні розділу фаз. Прикладом таких реакцій є деякі гетерогенно-каталітичні реакції, наприклад, реакція синтезу аміаку з водню і азоту :
N 2 (газ) + 3 H 2 (газ) 2 N H 3 (газ) ( каталізатор Pt)

1.2. За зміною ступенів окислення реагентів

В даному випадку розрізняють

  • Окислювально-відновні реакції, в яких атоми одного елемента (окислювача) відновлюються, тобто знижують свій ступінь окислення, а атоми іншого елемента (відновника) окислюються, тобто підвищують свою ступінь окислення. Окремим випадком окислювально-відновних реакцій є реакції диспропорціонування, в яких окисником і відновником є ​​атоми одного і того ж елемента, що знаходяться в різних ступенях окиснення.

Приклад окислювально-відновної реакції - горіння водню (відновник) в кисні (окислювач) з утворенням води :

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Приклад реакції диспропорціонування - реакція розкладання нітрату амонію при нагріванні. Окислювачем в даному випадку виступає азот (+5) нітрогрупи, а відновником - азот (-3) катіона амонію:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O (до 250 C)
  • Чи не окисно-відновні реакції - відповідно, реакції, в яких не відбувається зміни ступенів окислення атомів, наприклад, вказана вище реакція нейтралізації.

1.3. За тепловим ефектом реакції

Всі реакції супроводжуються тепловими ефектами. При розриві хімічних зв'язків в реагентах виділяється енергія, яка, в основному, йде на утворення нових хімічних зв'язків. У деяких реакціях енергії цих процесів близькі, і в такому випадку загальний тепловий ефект реакції наближається до нуля. В інших випадках можна виділити:

  • екзотермічні реакції, які йдуть з виділенням тепла, (позитивний тепловий ефект) наприклад, вказане вище горіння водню
  • ендотермічні реакції в ході яких тепло поглинається (негативний тепловий ефект) з навколишнього середовища.

Тепловий ефект реакції (ентальпію реакції, Δ r H), часто має дуже важливе значення, можна обчислити за закону Гесса, якщо відомі ентальпії утворення реагентів і продуктів. Коли сума ентальпій продуктів менше суми ентальпій реагентів (Δ r H <0) спостерігається виділення тепла, в іншому випадку (Δ r H> 0) - поглинання.


1.4. За типом перетворень реагуючих частинок

  • з'єднання: \ Mathsf {2 Cu + O_2 \ longrightarrow 2 CuO}
  • розкладання: \ Mathsf {2 HgO \ longrightarrow 2 Hg + O_2 \ uparrow}
  • заміщення: \ Mathsf {Fe + CuSO_4 \ longrightarrow FeSO_4 + Cu}
  • обміну (тип реакції-нейтралізація): \ Mathsf {NaOH + HCl \ longrightarrow NaCl + H_2O}
  • обміну (тип реакції-обміну): \ Mathsf {H_2S + \ 2 \ NaOH \ longrightarrow Na_2S + 2 \ H_2O}

Хімічні реакції завжди супроводжуються фізичними ефектами: поглинанням і виділенням енергії, наприклад у вигляді теплопередачі, зміною агрегатного стану реагентів, зміною забарвлення реакційної суміші та ін Саме по цим фізичним ефектам часто судять про протікання хімічних реакцій.

Хімічні процеси, що протікають в речовині, відрізняються і від фізичних процесів, і від ядерних перетворень. У фізичних процесах кожне з беруть речовин зберігає незмінним свій склад (хоча речовини можуть утворювати суміші), але можуть змінювати зовнішню форму або агрегатний стан.

У хімічних процесах (хімічних реакціях) виходять нові речовини з відмінними від реагентів властивостями, але ніколи не утворюються атоми нових елементів. В атомах ж беруть участь у реакції елементів обов'язково відбуваються видозміни електронної оболонки.

У ядерних реакціях відбуваються зміни в атомних ядрах всіх що беруть участь елементів, що призводить до утворення атомів нових елементів.

За допомогою хімічних реакцій можна отримувати практично важливі речовини, які в природі знаходяться в обмежених кількостях, наприклад азотні добрива, або взагалі не зустрічаються з якихось причин, наприклад сульфаніламіди та інші синтетичні лікарські препарати, поліетилен та інші пластмаси. Хімія дозволяє синтезувати нові, невідомі природі речовини, необхідні для життєдіяльності людини. Разом з тим, невміле або безвідповідальне хімічний вплив на навколишнє середовище і на що протікають природні процеси може призвести до порушення сталих природних хімічних циклів, що робить актуальною екологічну проблему ( забруднення навколишнього середовища) та ускладнює завдання раціонального використання природних ресурсів і збереження природного середовища мешкання на Землі.


Примітки

Література