Какие бывают химические реакции – классификация

Виды реакций по числу и составу реагирующих и образующих веществ

Классификация химических реакций по числу и составу реагирующих компонентов подразделяются на превращения, протекающие без изменения состава веществ, вступающих в химическое превращение (р. изомеризации и смены аллотропных модификаций у неорганических соединений) и превращения, осуществляющиеся с изменением состава реагирующих компонентов (р. соединения, замещения, обмена, разложения, отщепления).

Соединения

Реакция соединения – вид химического процесса, при котором из двух и более простых компонентов образуется сложное вещество. Схематически р. соединения можно представить так: А+Б+В+Г=Е, где в составе вещества Е находятся атомы реагентов А,Б,В,Г. К данному классу химических взаимодействий относятся р. оксидов металлов и кислот в неорганической химии. Разновидностью реакции соединения является р. присоединения (присоединение к одной органической молекуле другой). К подобным химическим взаимодействиям относятся следующие превращения в органической химии: галогенирование, гидрирование, р. гидратации и полимеризации.

Разложения

Реакция разложения – вид химического процесса, в ходе которого из сложной молекулы образуются две или более простых. Схематические данное взаимодействие можно представить следующим образом: В=А+Б. Примером р. разложения может послужить разложение гидроксида цинка при нагревании: Zn(OH)₂=ZnO+H₂0.

Отщепления

Реакции отщепления – это аналог р. разложения химии углевородов. В ходе данных химических процессов реализуется отщепление группы атомов от органической молекулы. Пример: CH3-CH2-OH= CH2=CH2 + H₂0 (р. дегидратации этилового спирта с образованием этилена и воды). Дегалогенирование, дегидрирование, внутримолекулярное дезаминирование (отщепление аммиака с разрывом связей внутри одной органической молекулы) также относятся к р. отщепления.

Замещения

Р. замещения – это превращения веществ, в ходе которых атомы или группы атомов одного веществ замещают атомы или группы атомов другого. Схема: АБ+В=АВ+Б. Примерами р. замещения являются химические взаимодействия, в ходе которых осуществляется вытеснение нижестоящие в таблице Менделеева элементов 7 группы на вышестоящие (так как последние обладают больше электроотрицательностью). 2HBr+2F=2HF+Br₂. В органической химии наиболее наглядно показать р. замещения можно на примере свободно радикального замещения атомов водорода на атомы хлора в молекуле метана под воздействием УФ-излучения: CH4+Cl₂=CH3Cl+HCl.

Обмена

Реакции обмена – это превращения, во время протекания которых происходит обмен атомами или группами атомов между двумя сложными веществами. Данный вид химического процесса можно встретить как органической, так и в неорганической химии. Пример из органической химии: щелочной гидролиз хлор бутана с образованием бутанола и поваренной соли: CH3-CH2-CH2-CH2-Cl+NaOH = CH3-CH2-CH2-CH2-OH + NaCl. Пример из неорганической химии: р. нейтрализации серной кислоты: H₂SO₄+2NaOH= Na2SO₄+ 2H₂O.

По изменению степени окисления

Степень окисления отражаен условный заряд атома, находящегося в составе соединения. Виды химических реакций по степени окисления подразделяются на р. восстановления, р. окисления, ОВР, протолитические превращения.

Окислительно-восстановительные

ОВР – это химический процесс, в ходе которого изменяются степени окисления атомов, которые входят в состав реагентов. В ОВР всегда есть окислитель – компонент, присоединяющий электроны и восстановитель – компонент, отдающий электроны. Пример ОВР: 2Na + Cl2 = 2NaCl в данном процессе окислителем является хлор (так как его заряд меняется с 0 до -1 – т.е. происходит присоединение электронов), восстановителем является натрий (так как его заряд меняется с 0 до +1 – т.е. происходит отдача электронов). Важно понимать: определение окислителя и восстановителя необходимо проводить на основе свойства электроотрицательности элементов, атом с большей электроотрицательностью будет окислителем. Данное правило складывается из самого определение электроотрицательности (способность атома присоединять электроны).

Окисления

Р. окисления – это превращения, в ходе которых в результате отдачи электронов увеличивается степень окисления атома реагирующего вещества. Классификация данных реакций в органической химии следующая: полное и частичное окисление. Пример полного окисления: р. горения метана с образованием воды и углекислого газа: CH4+О₂=CO₂+2H₂O. Пример частичного окисления: образование муравьиной кислоты из формальдегида посредством использования сильных окислителей (например, перманганата калия) в присутствии концентрированной серной кислоты:5 HCHO + 2 KMnO₄+ 3H₂SO₄= 5 HCOOH + 2 MnSO₄ + 3 H₂O + K₂SO₄.

Восстановления

Р. Восстановления – это превращения, в ходе которых в результате присоединения электронов уменьшается степень окисления атома реагирующего вещества. Р. восстановления, так же как и р. окисления, подразделяются на: р. полного и частичного восстановления. Пример полного восстановления: полное гидрирование алкинов: С2Н2 + 2Н₂ = С2Н6. Пример частичного восстановления: С2Н2+Н₂ =С2Н4.

Протолитические реакции и реакции обмена

Протолитическими и обменными процессами называют такие превращения, в ходе протекания которых степень окисления не изменяется. Пример: HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O.

Классификация в зависимости от теплового эффекта

Тепловой эффект реакции – это изменение её внутренней энергии во время протекания процесса превращения реагентов в продукты реакции. Он может быть положительным – тепло выделяется в окружающую среду (тогда р. называется экзотермической) и отрицательным – тепло окружающей среды поглощается субстратами превращения (тогда р. называется эндотермической).

Экзотермические

Экзотермические процессы – это превращения, во время протекания которых тепло выделяется в окружающую среду. Пример: горение этана с образование углекислого газа и воды, а также выделением тепла (Q): 2С2Н6 + 7О₂ = 4СО₂ + 6Н₂О + Q

Эндотермические

Эндотермическими называют химические превращения, в ходе протекания которых тепло поглощается из окружающей среды. Пример: р. разложения гидроксида кальция с образование оксида кальция и воды, а также поглощением тепла: Ca(OH)₂ = CaO + H₂O – Q.

По агрегатному состоянию реагентов

Агрегатное состояние вещества – это его физическое свойство, зависящее от параметров температуры и давления. Выделяют три агрегатных состояния: газообразное, жидкое, твердое. В зависимости от того одинаковое или разное агрегатное состояние у реагирующих веществ во время протекания химического процесса: выделяют гомогенные и гетерогенные реакции.

Гомогенные

Гомогенными называют такие реакции, в ходе которых реагенты находятся в одном агрегатном состоянии. Примером может послужить р. хлор метана из метана и молекулы хлора: CH4 + Cl₂ = CH3Cl + HCl. Оба реагента представляют из себя газообразные вещества.

Гетерогенными называют такие химические превращения, во время протекания которых исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях. Отличным примером может стать р. гидрирования олеиновой кислоты: С₁₇Н₃₃СООН + Н₂ = С₁₇Н₃₅СООН. Олеиновая кислота жидкость, молекула водорода – газ – поэтому так р. называется гетерогенной.

Типы химических реакций по наличию катализатора

Катализатор – вещество органической или неорганической природы, понижающее энергию активации, таким образом, повышающий её скорость. Примерами классификации химических реакций по необходимости наличия катализатора являются каталитические (катализатор присутствует) и некаталитические (отсутствие катализатора) превращения веществ.

Каталитические

Каталитическими называют химические превращения, для протекания которых необходимо наличие катализатора. Катализаторы по своему происхождению подразделяются на:

• биологические (ферменты ЖКТ у человека: трипсин, ренин, химотрипсин, пепсин и т.д.)
• органические (алкалоиды: никотин и хинин)
• неорганические (платина, палладий)

Пример р., протекающей в присутствии катализатора: Белок + Н2О = хАминокислоты (данное превращение каждые 1,5 часа протекает в организме человека в присутствии пептидаз –биологических катализаторов, гидролитически разрывающих пептидных связи)

Некаталитические

Некаталитическими называют химические превращения, которые могут протекать без присутствия катализатора. Пример: р. соединения магния и кислорода с образованием оксида магния: 2Mg + О2 = 2MgО.

По направлению протекания реакции

Направление протекания химической реакции зависит от сдвига химического равновесия во время превращения. В зависимости от направления химические р. подразделяются на обратимые и необратимые.

Обратимые

Обратимые химические превращения – это реакции во время протекания которых возможно образование исходных веществ из продуктов реакции. Пример: 2SO₂+O₂ = 2SO₃ (если добавить в смесь дополнительно SO₃, то реакция будет протекать в обратном направлении из-за повышения концентрации продукта).

Необратимые

Необратимыми называются такие химические превращения, в ходе которых образуется газ, осадок или слабый электролит (вещество, которые не диссоциирует на ионы в растворе). Пример: СH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O – здесь вода –слабый электролит, а CO2 – газ, поэтому данная реакция не может протекать в обратном направлении.