Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание
Посмотреть оригинал

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ПРЕВРАЩЕНИЯ

«Химический характер веществ зависит от... химического строения соединения».

А.М. Бутлеров

«Суть химического движения состоит в том, что из одних химических веществ в результате реакции получаются иные химические вещества, и эта суть ни к чему не может быть сведена и составляет специфический объект изучения химической науки».

А.Н. Несмеянов

Общая характеристика химических реакций и превращений

Традиционно под химическим превращением понимают процесс превращения одного или нескольких химических соединений (химических веществ) в другое (другие). Поэтому необходимо четко понимать, что превращения одних элементарных частиц, ядер, атомов или агрегатов и ассоциатов в другие не являются химическими реакциями. Примерами подобных превращений являются бета-распад, при котором распадающееся ядро испускает электрон (Р‘-частицу) за счет превращения одного нейтрона ядра в протон:

где й - антинейтрино, и альфа-распад, при котором ядром выделяется а-частица (ядро гелия-4):

В отличие от двух первых физических превращений примером химического превращения может служить реакция горения метана с образованием углекислого газа и воды или превращение молекул водорода и хлора в молекулу хлороводорода:

Отметим, что в рамках единой модели химического взаимодействия (глава 4) химическое превращение всегда сопровождается изменением соотношения компонент химических связей. Например, в уравнении 7.4 гомо- ядерные связи в двух исходных молекулярных веществах характеризуются, соответственно, следующими компонентами связи: Ск = 53,2%, См = 46,8% (Н-Н) и Ск = 73,8%, См = 26,2% (С1-С1), а в продукте реакции в виде гетероядерной молекулы (НС1): Ск= 57,1%, См = 32,8%, Си= 10,1%. То же самое, происходит и при химическом превращении вещества без изменения состава, например при превращении графена в алмаз (табл.4.3) ковалентность связи С-С растет, а металличность падает.

При этом обычно не различаются понятия химическая реакция и химическое превращение, предполагая их синонимами. Однако протекание химического превращения всегда сопровождается изменением типа межъядерного химического взаимодействия (с сохранением или изменением элементного состава) и (или) типа химической структуры исходного (или исходных) го- мо- или гетеросоединения (или соединений), что приводит к обязательному превращению его (или их) в другое (реакции 7.3 и 7.4). Следовательно, химическое превращение всегда на данном этапе «условно необратимо» и приводит к получению нового индивидуального химического соединения (вещества). А под химической реакцией, в широком смысле слова, следует понимать реакцию химического вещества па изменение условий окружающей среды, сопровождающуюся изменением уровня химического взаимодействия между элементами, составляющими химическое соединение, не обязательно приводящую к его превращению в другое соединение.

Например, при взаимодействии NaCl с каким-либо веществом (например, с водой) может иметь место химическая реакция постепенного разрушения (деструкции) ионной межъядерной связи между ионными атомными остовами Na' и СТ этого химического вещества, но собственно химического превращения с образованием нового химического соединения может и не происходить:

К химическим реакциям можно отнести и любой результат внешнего воздействия на химическое вещество, например изменение амплитуды колебаний атомных остовов его структуры и реакционной способности под влиянием температуры. Но в данном случае это воздействие не приводит к превращению одного химического вещества в другое, т.е. химическое превращение отсутствует.

Следует понимать, что в отличие от классического физического превращения одной элементарной частицы в другую или одного атома в другой (реакции 7.1 и 7.2) и химического превращения одного химического соединения в другое (реакции 7.3 и 7.4), протекающих внутри соответствующих уровней материи, физико-химическое превращение - это межуровневое превращение. Например, к физико-химическому превращению следует относить образование из двух индивидуальных атомов водорода (веществ физического уровня структурной организации материи) индивидуальной молекулы водорода Нг (химическое вещество):

Химические свойства основных (предельных) типов химических веществ и структур определяются индивидуальной спецификой химической природы соответствующих классов химических соединений.

Гомоядерные химические соединения характеризуются прежде всего окислительными (при преобладании ковалентной компоненты связи) и восстановительными (при преобладании металлической компоненты связи) свойствами и соответствующими химическими превращениями.

Важнейшим химическим свойством преимущественно металлических гомосоединений, построенных на основе элементов металлического типа, связанных преимущественно металлическими связями (табл. 6.1-6.3), является их повышенная восстановительная способность, обеспечивающая возможность образования гетероядерных оксидных и других соединений, и определяющая специфику реакций химического превращения. Это связано прежде всего с относительной легкостью отдачи валентных электронов для образования соответствующих гетеросвязей. В целом же химическая активность металлических соединений определяется их элементным составом, типом химической связи, их структурой и т.д. Соответственно, для преимущественно ковалентных (молекулярных) химических гомосоединений важнейшим химическим свойством является окислительная способность и соответствующий специфический характер химических превращений, протекающих с их участием.

Гетероядерные химические соединения могут характеризоваться основными, кислотными и амфотерными свойствами, определяющими специфику их химических превращений. Причем для оксидов (табл. 6.7-6.8) прослеживается прямая связь этих свойств с типом химической связи «элемент - кислород». При преобладании ионной компоненты химической связи (Си) образуются основные, при преобладании ковалентной компоненты (Ск) - кислотные и при равенстве этих компонент - амфотерные оксиды. При этом для оксидов прослеживается закономерный диагональный рост их кислотных свойств (и уменьшение основных свойств) при переходе от FriO к OF2 в Периодической системе Д.И. Менделеева (или при переходе оксидов слева направо по периоду и, соответственно, снизу вверх внутри группы).

При этом в целом химические свойства конкретных гомо- и гетероядерных химических соединений (реакционная способность, окислительные, восстановительные, основные, кислотные и т.д.) определяются их элементным (ядерным) составом, типом химической связи между атомными остовами и типом структуры, условиями, в которых находится соединение (среда, термодинамические, кинетические факторы) и т.д.

Отметим специфическую склонность гомоядерных молекулярных соединений к гомолитическим реакциям (с образованием радикалов), а гетероядерных - к гетеролитическим (с образованием ионов). В результате для связи С-С наиболее естественным является гомолитический механизм разрыва связи, а важнейшим химическим свойством ионных соединений, построенных на основе катион-анионных элементов, связанных преимущественно ионными связями, является гетеролитический разрыв связи и гидролитическая неустойчивость большинства из них. То есть при растворении последних в воде они диссоциируют на противоионы по гетеролитическому механизму. Так как ионные соединения всегда по составу являются гетероядер- ными соединениями, то для них наиболее естественны химические гетероли- тические реакции. Главным характеристическим свойством химических соединений является их способность к химическим реакциям (превращениям). Обычно эта способность характеризуется через понятие реакционная способность, под которой понимают относительную химическую активность химических веществ, определяемую количественно через отношение констант скоростей в определенном ряду реагентов.

 
Посмотреть оригинал
 

Популярные страницы