Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание
Посмотреть оригинал

Классификация химических реакций и превращений

На современном этапе развития химии химические реакции и превращения классифицируются, основываясь прежде всего на постоянстве или изменении их элементного состава.

1. Химические превращения с сохранением элементного состава и изменением типа связи, сопровождающиеся изменением соотношения основных компонент химической связи. При превращении одного гомоядерного соединения в другое (например, металлической сурьмы в молекулярную и наоборот или графена в алмаз) протекает реакция без изменения элементного состава конечных веществ по сравнению с исходными веществами. Например (табл .4.3):

Это превращение (7.7) сопровождается (табл. 4.3) изменением соотношения двух компонент химической связи С-С (ковалентная растет, а металлическая падает), что приводит к образованию новых по структуре и свойствам химических веществ. Сохранение элементного состава в случае гетероядерных соединений также сопровождается изменением соотношения основных компонент химической связи. Например, переход АЬОз из тетраэдрической в октаэдрическую модификацию сопровождается увеличением степени ионности и снижением степени ковалентности связи, а также соответствующим изменением структуры и свойств вещества:

2. Химические превращения, сопровождающиеся изменением как элементного состава, так и типа химической связи. Данный тип химических превращений характерен для образования из гомоядерных соединений гетероядерных, из одних гетероядерных веществ других и т.д. Примером может служить реакция:

В ней соединение с преимущественно металлическим типом связи, натрий (Ск= 22,51%, См = 77,49%), взаимодействует с веществом с преимущественно ковалентным типом связи, хлором (Ск = 73,79%, См = 26,31%), при этом получается вещество с преимущественно ионным типом химической связи, хлорид натрия (Ск= 31,62%, См= 34,05%, Си= 34,33%).

Кроме того, химические реакции (химические превращения) традиционно классифицируют по следующим признакам.

1. По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции все реакции делятся на реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Реакции соединения - это реакции, в результате которых из двух или более веществ образуется новое вещество. Например:

Реакции разложения - это реакции, в результате которых из одного вещества образуется несколько новых веществ. Например:

Реакции замещения - это реакции, в результате которых происходит замещение атомов одного из элементов в химическом соединении и образуется новое вещество. Например:

Реакции обмена - это реакции, в результате которых химические соединения обмениваются своими составными частями и образуется два новых вещества. Например:

При этом необходимо понимать и достаточно легко проследить (данные главы 4 и 5), что все они сопровождаются соответствующим изменением соотношения компонент химических гомо-(Э-Э) или гетероядерных (Э-Э') связей, при превращении исходные веществ в продукты реакции (формулы реакций 7.10 -7.13).

2. По признаку обратимости все реакции делятся на обратимые и необратимые.

Необратимыми называются реакции, протекающие практически до конца в одном направлении. Например:

Обратимыми называются реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях. Большинство химических реакций являются обратимыми. Например:

3. По тепловому эффекту химические реакции делятся на экзотермические и эндотермические.

Экзотермическими называются реакции, протекающие с выделением тепла. Например:

Эндотермическими называются реакции, протекающие с поглощением тепла. Например:

Многие реакции соединения являются экзотермическими; многие реакции разложения являются эндотермическими.

4. По агрегатному состоянию реагирующих веществ все реакции делятся на газо-, жидко- и твердофазные, а по однородности реагирующих систем - на гомогенные и гетерогенные.

В гомогенных химических реакциях реагирующие вещества, а также продукты реакции, находятся в одинаковом агрегатном состоянии.

В гетерогенных химических реакциях реагирующие вещества находятся в различных агрегатных состояниях.

5. По участию в реакции катализатора химические реакции делятся на каталитические и некаталитические.

Каталитические реакции протекают в присутствии катализатора.

Некаталитические реакции протекают без участия катализатора.

Катализатором называется вещество, изменяющее скорость химической реакции, при этом его количество в результате протекания реакции не изменяется.

6. По изменению степени окисления элементов реагирующих веществ все реакции делятся на реакции, протекающие без изменения степени окисления и окислительно-восстановительные (протекающие с изменением степени окисления).

В ходе любой окислительно-восстановительной реакции протекают процессы окисления и восстановления, которые сопровождаются изменением степени окисления. Под степенью окисления понимается воображаемый заряд атомного остова в соединении, вычисленный исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Степень окисления - формальное понятие; в ряде случаев степень окисления не совпадает с валентностью. Наиболее электроотрицательные элементы в соединении имеют отрицательные степени окисления, а атомные остовы элементов с меньшей электроотрицательностью - положительные.

Например:

При определении степени окисления элемента в соединении следует учитывать следующие положения:

  • 1. Степени окисления элементов в простых веществах равны нулю (Na°; Н2°).
  • 2. Алгебраическая сумма степеней окисления атомных остовов всех элементов, входящих в состав химического соединения, равна нулю, а в сложном ионе эта сумма равна заряду иона.
  • 3. Постоянную степень окисления имеют элементы: щелочных металлов (+1), щелочноземельных металлов (+2), водорода (+1) (кроме гидридов, в которых степень окисления водорода -1), кислорода (-2) (кроме F2_10+2 и пероксидов, содержащих группу -0-0-, в которой степень окисления кислорода-1).
  • 4. Для элементов положительная степень окисления, как правило, не может превышать величину, равную номеру группы Периодической системы.

Окислением называется процесс повышения степени окисления элемента в химическом соединении, сопровождающийся отдачей им электронов (или смещением электронной плотности от элемента). Пример - углерод в вышеприведенной реакции (7.18). Вещества, отдающие свои электроны в процессе реакции, называются восстановителями. Восстановление - это процесс понижения степени окисления элемента в химическом соединении, сопровождающийся приобретением им электронов (или смещением электронной плотности к элементу). Вещества, принимающие электроны, называются окислителями. Пример - кислород в вышеприведенной реакции.

Количественной характеристикой окислительной или восстановительной способности элементов могут являться как электроотрицательность (чем она выше, тем выше окислительная способность элемента), так и потенциал (энергия) ионизации, т.е. энергия, которую необходимо затратить на отрыв одного электрона (чем ниже энергия ионизации, тем большей восстановительной способностью характеризуется элемент).

Реакции, в которых не изменяется степень окисления элементов:

реакции соединения реакции разложения реакции обмена

Реакции, в которых происходит изменение степеней окисления элементов, входящих в состав реагирующих соединений (окислительно- восстановительные реакции):

Окислительно-восстановительные реакции могут быть межмолекулярными и внутримолекулярными. Межмолекулярными называются реакции, в которых окислители и восстановители представляют собой различные вещества. Например, реакция взаимодействия молекул водорода (Н20) и хлора (СЬ0) с образованием молекулы хлороводорода (Н+1С1-1).

Внутримолекулярными называются реакции, в которых атомные остовы окислителя и восстановителя входят в состав одного и того же соединения. Пример - разложение воды:

Соединения, содержащие элементы с максимальной степенью окисления, могут быть только окислителями за счет этих элементов, так как они уже отдали все свои валентные электроны и способны только принимать электроны. Максимальная степень окисления элемента равна номеру группы в периодической таблице, к которой относится данный элемент. Соединения, содержащие элементы с минимальной степенью окисления, могут служить только восстановителями, поскольку они способны лишь отдавать электроны. Соединения, содержащие элементы с промежуточной степенью окисления, могут быть и окислителями, и восстановителями в зависимости от соединения, с которым они взаимодействуют, и от условий реакции.

Учитывая сегодня огромное значение в общей химии высокомолекулярных соединений и полимеров на их основе, рассмотрим особенности реакций образования макромолекул и их превращений ниже в разделе 7.6 [8,25].

 
Посмотреть оригинал
 

Популярные страницы