Kemijska reakcija

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
Vrste energije :
Atwood machine.svg Mehanski Potencial
Kinetični
Notranji
Sončni kotiček.svg Elektromagnetno Električni
Magnetno
Logo portala za nafto in plin.PNG kemični
Simbol sevanja alternate.svg jedrski
Gravitacijski
Vakuumski
Hipotetično:
Temno
Glej tudi: Zakon o ohranjanju energije

Kemična reakcija - pretvorba ene ali več začetnih snovi (reagentov) v druge snovi, pri kateri se jedra atomov ne spremenijo, medtem ko pride do prerazporeditve elektronov in jeder in nastanejo nove kemične snovi. Za razliko od jedrskih reakcij kemične reakcije ne spremenijo skupnega števila atomskih jeder in izotopske sestave kemičnih elementov .

Kemične reakcije nastanejo pri mešanju ali fizičnem stiku reagentov spontano, ob segrevanju, s sodelovanjem katalizatorjev ( kataliza ), delovanja svetlobe ( fotokemične reakcije ), električnega toka ( elektrodni procesi ), ionizirajočega sevanja (sevalno-kemijske reakcije), mehanske reakcije. delovanje ( mehanokemijske reakcije ), v nizkotemperaturni plazmi ( plazemsko-kemijske reakcije ) itd. Interakcija molekul med seboj poteka po verižni poti: asociacija - elektronska izomerizacija - disociacija , pri kateri se radikali , ioni , koordinacijsko nenasičene spojine so aktivni delci. Hitrost kemične reakcije je določena s koncentracijo aktivnih delcev in razliko med energijami pretrgane in oblikovane vezi .

Kemični procesi, ki se pojavljajo v snovi, se razlikujejo od fizikalnih procesov in jedrskih transformacij. V fizikalnih procesih vsaka od sodelujočih snovi ohrani svojo sestavo nespremenjeno (čeprav snovi lahko tvorijo zmesi ), lahko pa spremenijo svojo zunanjo obliko ali agregacijsko stanje .

Pri kemičnih procesih (kemijskih reakcijah) nastanejo nove snovi z lastnostmi, ki so drugačne od reagentov, vendar atomi novih elementov nikoli ne nastanejo, saj jedra ostanejo enaka, vse spremembe pa se zgodijo v elektronski lupini.

Pri jedrskih reakcijah pride do sprememb v atomskih jedrih vseh sodelujočih elementov, kar vodi v nastanek atomov novih elementov.

Razvrstitev

Obstaja veliko znakov, po katerih lahko razvrstimo kemične reakcije.

Zaradi prisotnosti fazne meje

Kemična reakcija, ki poteka v eni fazi, se imenuje homogena kemična reakcija . Kemična reakcija, ki se pojavi na vmesniku, se imenuje heterogena kemična reakcija . Pri večstopenjski kemični reakciji so lahko nekateri koraki homogeni, drugi pa heterogeni. Takšne reakcije imenujemo homogeno-heterogene[1] .

Glede na število faz, ki tvorijo izhodne snovi in ​​reakcijske produkte, so kemijski procesi lahko homofazni (izhodni materiali in produkti so znotraj iste faze) in heterofazni (izhodni materiali in produkti tvorijo več faz). Homo- in heterofazna narava reakcije ni povezana s tem, ali je reakcija homo- ali heterogena[2] . Zato lahko ločimo štiri vrste procesov:

  • Homogene reakcije (homofaza) . Pri tovrstnih reakcijah je reakcijska zmes homogena, reaktanti in produkti pa pripadajo isti fazi. Primer takšnih reakcij so reakcije ionske izmenjave, na primer nevtralizacija kislinske raztopine z raztopino alkalije:
  • Heterogene homofazne reakcije . Komponente so znotraj iste faze, vendar reakcija poteka na vmesniku, na primer na površini katalizatorja. Primer bi bil hidrogenacija etilena nad nikljevim katalizatorjem:
  • Homogene heterofazne reakcije . Reagenti in produkti v takšni reakciji obstajajo v več fazah, vendar reakcija poteka v eni fazi. Tako lahko poteka oksidacija ogljikovodikov v tekoči fazi s plinastim kisikom.
  • Heterogene heterofazne reakcije . V tem primeru so reagenti v drugačnem faznem stanju, reakcijski produkti so lahko tudi v katerem koli faznem stanju. Reakcijski proces poteka na vmesniku. Primer je reakcija soli ogljikove kisline (karbonatov) z Bronstedovimi kislinami:

S spreminjanjem oksidacijskih stanj reagentov

  • Če med reakcijo pride do spremembe oksidacijskih stanj reagentov, se takšne reakcije imenujejo redoks reakcije : atomi enega elementa (oksidanta) se reducirajo , torej dodajo elektrone in znižajo njihovo oksidacijsko stanje , atomi pa drugega elementa (reducenta) oksidirajo , to pomeni, da darujejo elektrone in povečajo njihovo oksidacijsko stanje . Poseben primer redoks reakcij so sorazmerne reakcije, pri katerih sta oksidacijsko in redukcijsko sredstvo atoma istega elementa v različnih oksidacijskih stanjih.

Primer redoks reakcije je zgorevanje vodika (reducenta) v kisiku (oksidacijsko sredstvo), da nastane voda :

Primer protisorazmerne reakcije je reakcija razgradnje amonijevega nitrata pri segrevanju. Oksidacijsko sredstvo je v tem primeru dušik (+5) nitro skupine, redukcijsko sredstvo pa dušik (-3) amonijevega kationa:

  • Ne veljajo za redoks reakcije, pri katerih ni sprememb v oksidacijskih stanjih atomov, na primer:

Zaradi toplotnega učinka reakcije

Vse kemične reakcije spremlja sproščanje ali absorpcija energije. Ko se kemične vezi prekinejo, se v reagentih sprosti energija , ki se v glavnem porabi za nastanek novih kemičnih vezi. Pri nekaterih reakcijah so energije teh procesov blizu, v tem primeru pa se skupni toplotni učinek reakcije približa nič. V drugih primerih lahko ločimo:

  • eksotermne reakcije, ki potekajo s sproščanjem toplote (pozitivni toplotni učinek), na primer zgoraj zgorevanje vodika
  • endotermne reakcije, med katerimi se toplota absorbira (negativni toplotni učinek) iz okolja.

Reakcijsko toploto (entalpija reakcije, Δ r H), ki je pogosto zelo pomembna, lahko izračunamo po Hessovem zakonu, če poznamo entalpije tvorbe reaktantov in produktov. Ko je vsota entalpij produktov manjša od vsote entalpij reaktantov (Δ r H <0), se toplota sprošča , sicer (Δ r H> 0) - absorpcija .

Po vrsti transformacij reakcijskih delcev

Kemične reakcije vedno spremljajo fizikalni učinki: absorpcija ali sproščanje energije , sprememba barve reakcijske zmesi itd. Po teh fizikalnih učinkih pogosto ocenjujemo kemijske reakcije.

  • Sestavljena reakcija je kemična reakcija, pri kateri iz dveh ali več začetnih snovi nastane le ena nova. V takšne reakcije lahko vstopijo tako preproste kot zapletene snovi.

Primer:

  • Reakcija razgradnje je kemična reakcija, zaradi katere iz ene snovi nastane več novih snovi. V tovrstne reakcije vstopajo le kompleksne spojine, njihovi produkti pa so lahko tako zapletene kot enostavne snovi.

Primer:

  • Substitucijska reakcija je kemična reakcija, zaradi katere atomi enega elementa, ki so del preproste snovi, nadomestijo atome drugega elementa v njegovi kompleksni spojini. Kot izhaja iz definicije, mora biti pri takih reakcijah ena od začetnih snovi enostavna, druga pa zapletena.

Primer:

  • Reakcije izmenjave - reakcija, pri kateri si dve kompleksni snovi izmenjujeta svoje sestavne dele. Te reakcije vključujejo reakcijo nevtralizacije.

Primer:

V smeri toka

  • Kemične reakcije se imenujejo nepovratne, če potekajo samo v eni smeri (" od leve proti desni "), zaradi česar se izhodne snovi pretvorijo v reakcijske produkte. Takšni kemični procesi naj bi potekali "do konca". Sem spadajo reakcije zgorevanja , pa tudi reakcije, ki jih spremlja tvorba slabo topnih ali plinastih snovi
  • Kemične reakcije se imenujejo reverzibilne, če potekajo hkrati v dveh nasprotnih smereh ("levo proti desni" in "desno proti levi"). V enačbah takšnih reakcij se predznak enakosti nadomesti z dvema nasprotno usmerjenima puščicama. Med dvema reakcijama, ki se pojavljata sočasno, ločimo neposredno (poteka "od leve proti desni") in obratno (poteka "od desne proti levi"). Ker se med reverzibilno reakcijo izhodni materiali hkrati porabijo in tvorijo, se ne pretvorijo v celoti v reakcijske produkte. Zato je o reverzibilnih reakcijah rečeno, da ne potekajo "do konca". Kot rezultat, vedno nastane mešanica začetnih snovi in ​​reakcijskih produktov.

Na podlagi sodelovanja katalizatorjev

  • Katalitične reakcije so tiste, ki potekajo v prisotnosti katalizatorjev. V enačbah takšnih reakcij je kemijska formula katalizatorja navedena nad znakom enakega ali reverzibilnega, včasih skupaj z oznako pogojev pretoka (temperatura t, tlak p). Reakcije te vrste vključujejo številne reakcije razgradnje in spojine.
  • Mnoge se imenujejo nekatalitične reakcije v odsotnosti katalizatorjev. To so na primer reakcije izmenjave in substitucije.

Po kriteriju spontanosti

Spontanost kaže sposobnost kemijskih reakcij, da potekajo tako v normalnih pogojih (T = 298 K, P = 101325 Pa ali 1 atm) kot pri različnih vrednostih temperature in tlaka. Kriterij za spontanost kemičnih reakcij je Gibbsova prosta energija ΔG. Gibbsova energija je razlika med dvema nasprotno usmerjenima termodinamičnima meriloma - entalpijo ΔH (ki se nagiba k zmanjšanju entalpije) in entropijo - TΔS (ki se nagiba k povečanju entropije):

Na podlagi tega merila so kemične reakcije razdeljene na:

  • Spontano ali eksergonično , ko je vrednost Gibbsove energije negativna, to je ΔG <0
  • Nespontano ali endergonično , ko je vrednost Gibbsove energije pozitivna, to je ΔG> 0
  • Ravnotežje , ko je vrednost Gibbsove energije nič, to je ΔG = 0

Aplikacija

S pomočjo kemičnih reakcij je mogoče pridobiti praktično vse snovi, ki jih najdemo v naravi v omejenih količinah, na primer dušikova gnojila ali pa se iz kakršnega koli razloga sploh ne pojavljajo, na primer sulfonamide in druge sintetične droge, polietilen in druge plastike . Kemija omogoča sintetiziranje novih, naravi neznanih snovi, ki so potrebne za človekovo življenje .

Poglej tudi

Opombe (uredi)

Literatura

  • Emanuel N.M., Knorre D.G. Tečaj kemijske kinetike. - 4. izd., popravljeno in razširjeno. - M .: Višja šola, 1984 .-- 463 str.
  • Kemija: Ref. ur. / V. Schreter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak in drugi: Per. z njim. - M .: Kemija, 1989.
  • Basolo F., Pearson R. Mehanizmi anorganskih reakcij. - M .: Mir, 1971. - 591 str.
  • Voronin A.I., Osherov V.I., Dinamika molekularnih reakcij. M .: Nauka, 1990 .-- 421str.
  • Vorobiev A. Kh., Predavanja o teoriji osnovnega dejanja kemijskih reakcij v kondenzirani fazi. Moskovska državna univerza, 2000.
  • Gankin V. Yu., Gankin Yu. V., Kako nastane kemična vez in potekajo kemične reakcije. M .: Granitsa, 2007.-319 str.
  • Nikitin EE, Teorija elementarnih atomsko-molekularnih procesov v plinih. M., Kemija, 1970.
  • Salem L. Elektroni v kemijskih reakcijah. M .: Mir, 1985.299 str.
  • Toub M. Mehanizmi anorganskih reakcij. - M .: Mir, 1975 .-- 275 str.
  • Glasston S., Leidler K., Eyring G. Teorija absolutnih reakcijskih stopenj. M .: GIIL, 1948 .-- 584 str.
  • Umansky S. Ya. Teorija osnovnih kemijskih reakcij. Intelek, 2009 .-- 408 str.
  • Stepanov NF "Zapleten svet elementarnih dejanj kemičnih reakcij" (nedostopna povezava) Soros Educational Journal, 1996, št. 11, str. 30-36.
  • Stepanov NF "Potencialne površine in kemijske reakcije" (nedostopna povezava) Soros izobraževalni časopis, 1996, št. 10, str. 33-41. \

Povezave

  • [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3845.html Kemijske reakcije] - Kemijska enciklopedija


Иконка портала Kemični portal - svet kemije, snovi in ​​transformacij na straneh Wikipedije.