Lezione 2
Classificazione delle reazioni chimiche in chimica inorganica
Le reazioni chimiche sono classificate secondo vari criteri.
In base al numero di sostanze di partenza e prodotti di reazione
Decomposizione - una reazione in cui due o più sostanze semplici o complesse sono formate da una sostanza complessa
2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
Composto- una reazione in cui due o più sostanze semplici o complesse si formano in un altro complesso
NH 3 + HCl → NH 4 Cl
sostituzione- una reazione che avviene tra sostanze semplici e complesse, in cui atomi una sostanza semplice sono sostituiti da atomi di uno degli elementi in una sostanza complessa.
Fe + CuCl 2 → Cu + FeCl 2
Scambio una reazione in cui due composti scambiano i loro costituenti
Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
Una delle reazioni di scambio neutralizzazioneÈ la reazione tra un acido e una base che produce sale e acqua.
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O
Per effetto termico
Si chiamano reazioni che liberano calore reazioni esotermiche.
C + O 2 → CO 2 + Q
2) Si chiamano reazioni che procedono con l'assorbimento di calore reazioni endotermiche.
N 2 + O 2 → 2NO - Q
Sulla base della reversibilità
reversibile Reazioni che avvengono nelle stesse condizioni in due direzioni reciprocamente opposte.
Si chiamano reazioni che procedono in una sola direzione e terminano con la completa trasformazione delle materie prime in quelle finali irreversibile in questo caso dovrebbe essere rilasciato un gas, un precipitato, o una sostanza a bassa dissociazione, l'acqua.
BaCl 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HCl
Na 2 CO 3 + 2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2 O
Reazioni redox- reazioni che si verificano con una variazione del grado di ossidazione.
Ca + 4HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
E reazioni che si verificano senza modificare lo stato di ossidazione.
HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O
5.Omogeneo reazioni, se i materiali di partenza e i prodotti di reazione sono nello stesso stato di aggregazione. E eterogeneo reazioni, se i prodotti di reazione e le materie prime si trovano in diversi stati di aggregazione.
Ad esempio: sintesi dell'ammoniaca.
Reazioni redox.
Ci sono due processi:
Ossidazione- questo è il ritorno degli elettroni, di conseguenza aumenta il grado di ossidazione. Un atomo è una molecola o uno ione che dona un elettrone è chiamato agente riducente.
Mg 0 - 2e → Mg +2
Recupero - il processo di aggiunta di elettroni, di conseguenza, il grado di ossidazione diminuisce. Atomo Viene chiamata una molecola o uno ione che accetta un elettrone agente ossidante.
S 0 +2e → S -2
O 2 0 +4e → 2O -2
Nelle reazioni redox, la regola deve essere osservata saldo elettronico(il numero di elettroni attaccati dovrebbe essere uguale al numero di quelli dati, non dovrebbero esserci elettroni liberi). Inoltre, deve essere osservato equilibrio atomico(il numero di atomi simili sul lato sinistro dovrebbe essere uguale al numero di atomi sul lato destro)
La regola per scrivere reazioni redox.
Scrivi un'equazione di reazione
Imposta lo stato di ossidazione
Trova gli elementi il cui stato di ossidazione cambia
Scrivili in coppia.
Trova un agente ossidante e un agente riducente
Scrivi il processo di ossidazione o riduzione
Equalizza gli elettroni usando la regola del bilancio elettronico (trova l'i.c.) posizionando i coefficienti
Scrivi un'equazione riassuntiva
Metti i coefficienti nell'equazione di reazione chimica
KClO 3 → KClO 4 + KCl; N 2 + H 2 → NH 3; H 2 S + O 2 → SO 2 + H 2 O; Al + O 2 \u003d Al 2 O 3;
Сu + HNO 3 → Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O; KClO 3 → KCl + O 2; P + N 2 O \u003d N 2 + P 2 O 5;
NO 2 + H 2 O \u003d HNO 3 + NO
. La velocità delle reazioni chimiche. Dipendenza della velocità delle reazioni chimiche dalla concentrazione, temperatura e natura dei reagenti.
Le reazioni chimiche procedono a velocità diverse. La scienza è impegnata nello studio della velocità di una reazione chimica, nonché nell'identificazione della sua dipendenza dalle condizioni del processo - cinetica chimica.
υ di una reazione omogenea è determinato dalla variazione della quantità di sostanza per unità di volume:
υ \u003d Δ n / Δt ∙ V
dove Δ n è la variazione del numero di moli di una delle sostanze (il più delle volte l'iniziale, ma può anche essere il prodotto di reazione), (mol);
V - volume di gas o soluzione (l)
Poiché Δ n / V = ΔC (cambiamento di concentrazione), allora
υ \u003d Δ C / Δt (mol / l ∙ s)
υ di una reazione eterogenea è determinato dalla variazione della quantità di una sostanza per unità di tempo per unità della superficie di contatto delle sostanze.
υ \u003d Δ n / Δt ∙ S
dove Δ n è la variazione della quantità di una sostanza (reagente o prodotto), (mol);
Δt è l'intervallo di tempo (s, min);
S - superficie di contatto delle sostanze (cm 2, m 2)
Perché le velocità delle diverse reazioni non sono le stesse?
Affinché una reazione chimica abbia inizio, le molecole dei reagenti devono entrare in collisione. Ma non tutte le collisioni provocano una reazione chimica. Affinché una collisione possa portare a una reazione chimica, le molecole devono avere un'energia sufficientemente elevata. Si chiamano particelle che si scontrano e subiscono una reazione chimica attivo. Hanno un'energia in eccesso rispetto all'energia media della maggior parte delle particelle: l'energia di attivazione e Atto . Ci sono molte meno particelle attive in una sostanza rispetto a un'energia media, quindi, per avviare molte reazioni, è necessario fornire al sistema una certa energia (lampo di luce, riscaldamento, shock meccanico).
Barriera energetica (valore e Atto) di diverse reazioni è diverso, più è basso, più facile e veloce procede la reazione.
2. Fattori che influenzano υ(numero di collisioni di particelle e loro efficienza).
1) La natura dei reagenti: loro composizione, struttura => energia di attivazione
▪ il meno e Atto, maggiore è υ;
2) Temperatura: a t per ogni 10 0 C, υ 2-4 volte (regola di van't Hoff).
υ 2 = υ 1 ∙ γ ∆t/10
Compito 1. La velocità di una certa reazione a 0 0 C è 1 mol/l ∙ h, il coefficiente di temperatura della reazione è 3. Quale sarà la velocità di questa reazione a 30 0 C?
υ 2 \u003d υ 1 ∙ γ Δt / 10
υ 2 \u003d 1 ∙ 3 30-0 / 10 \u003d 3 3 \u003d 27 mol / l ∙ h
3) Concentrazione: più, più spesso si verificano collisioni e υ. A temperatura costante per la reazione mA + nB = C secondo la legge dell'azione della massa:
υ \u003d k ∙ С UN m ∙ C B n
dove k è la costante di velocità;
С – concentrazione (mol/l)
Legge delle masse agenti:
La velocità di una reazione chimica è proporzionale al prodotto delle concentrazioni dei reagenti, prese in potenze uguali ai loro coefficienti nell'equazione di reazione.
Compito 2. La reazione procede secondo l'equazione A + 2B → C. Quante volte e come cambierà la velocità di reazione con un aumento della concentrazione della sostanza B di 3 volte?
Soluzione: υ = k ∙ C UN m ∙ C B n
υ \u003d k ∙ C UN ∙ C B 2
υ 1 \u003d k ∙ a ∙ in 2
υ 2 \u003d k ∙ a ∙ 3 in 2
υ 1 / υ 2 \u003d a ∙ in 2 / a ∙ 9 in 2 \u003d 1/9
Risposta: aumentare di 9 volte
Per le sostanze gassose, la velocità di reazione dipende dalla pressione
Maggiore è la pressione, maggiore è la velocità.
4) catalizzatori Sostanze che modificano il meccanismo di una reazione e Atto => υ .
▪ I catalizzatori rimangono invariati al termine della reazione
▪ Gli enzimi sono catalizzatori biologici, proteine per natura.
▪ Inibitori - sostanze che ↓ υ
1. Nel corso della reazione, la concentrazione dei reagenti:
1) aumenta
2) non cambia
3) diminuisce
4) non lo so
2. Quando la reazione procede, la concentrazione dei prodotti:
1) aumenta
2) non cambia
3) diminuisce
4) non lo so
3. Per una reazione omogenea A + B → ... con un aumento simultaneo della concentrazione molare delle sostanze di partenza di 3 volte, la velocità di reazione aumenta:
1) 2 volte
2) 3 volte
4) 9 volte
4. La velocità di reazione H 2 + J 2 → 2HJ diminuirà di 16 volte con una contemporanea diminuzione delle concentrazioni molari dei reagenti:
1) 2 volte
2) 4 volte
5. La velocità di reazione di CO 2 + H 2 → CO + H 2 O aumenta con un aumento delle concentrazioni molari di 3 volte (CO 2) e 2 volte (H 2) aumenta:
1) 2 volte
2) 3 volte
4) 6 volte
6. La velocità di reazione C (T) + O 2 → CO 2 con V-const e un aumento della quantità di reagenti di 4 volte aumenta:
1) 4 volte
4) 32 volte
10. La velocità di reazione A + B → ... aumenterà con:
1) abbassare la concentrazione di A
2) un aumento della concentrazione di B
3) raffreddamento
4) riduzione della pressione
7. La velocità di reazione di Fe + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 è maggiore quando si utilizza:
1) polvere di ferro, non trucioli
2) Trucioli di ferro, non polvere
3) concentrato H 2 SO 4, non diluire H 2 SO 4
4) non lo so
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. La velocità di reazione 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 sarà maggiore se si utilizza:
1) Soluzione al 3% di H 2 O 2 e catalizzatore
2) Soluzione al 30% di H 2 O 2 e catalizzatore
3) Soluzione al 3% di H 2 O 2 (senza catalizzatore)
4) Soluzione al 30% di H 2 O 2 (senza catalizzatore)
equilibrio chimico. Fattori che influenzano lo spostamento dell'equilibrio. Il principio di Le Chatelier.
Le reazioni chimiche possono essere suddivise in base alla loro direzione
▪ reazioni irreversibili procedere in una sola direzione (reazioni di scambio ionico con , ↓, MDS, combustione e alcuni altri.)
Ad esempio, AgNO 3 + HCl → AgCl↓ + HNO 3
▪ Reazioni reversibili nelle stesse condizioni fluiscono in direzioni opposte (↔).
Ad esempio, N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Lo stato di una reazione reversibile, in cui υ → = υ ← chiamato chimico equilibrio.
Affinché la reazione nelle industrie chimiche avvenga nel modo più completo possibile, è necessario spostare l'equilibrio verso il prodotto. Per determinare in che modo l'uno o l'altro fattore cambierà l'equilibrio nel sistema, utilizzare Il principio di Le Chatelier(1844):
Principio di Le Chatelier: se un'influenza esterna viene esercitata su un sistema in equilibrio (cambia t, p, C), allora l'equilibrio si sposterà nella direzione che indebolirà questo impatto.
L'equilibrio si sposta:
1) in C reagire →,
a C prod ← ;
2) a p (per gas) - nella direzione del volume decrescente,
a ↓ р – nella direzione di V crescente;
se la reazione procede senza modificare il numero di molecole di sostanze gassose, la pressione non influisce sull'equilibrio in questo sistema.
3) a t - verso la reazione endotermica (- Q),
a ↓ t - verso la reazione esotermica (+ Q).
Compito 3. Come dovrebbero essere modificate le concentrazioni di sostanze, pressione e temperatura di un sistema omogeneo PCl 5 ↔ PCl 3 + Cl 2 – Q per spostare l'equilibrio verso la decomposizione di PCl 5 (→)
↓ C (PCl 3) e C (Cl 2)
Compito 4. Come spostare l'equilibrio chimico della reazione 2CO + O 2 ↔ 2CO 2 + Q a
a) un aumento della temperatura;
b) aumento della pressione
1. Il metodo che sposta l'equilibrio della reazione 2CuO (T) + CO Cu 2 O (T) + CO 2 a destra (→) è:
1) aumento della concentrazione di monossido di carbonio
2) aumento della concentrazione di anidride carbonica
3) diminuzione della concentrazione di ossido superficiale (I)
4) diminuzione della concentrazione di ossido di rame (II)
2. In una reazione omogenea 4HCl + O 2 2Cl 2 + 2H 2 O, all'aumentare della pressione, l'equilibrio si sposterà:
2) Giusto
3) non si muove
4) non lo so
8. Quando riscaldato, l'equilibrio della reazione N 2 + O 2 2NO - Q:
1) spostati a destra
2) spostarsi a sinistra
3) non si muove
4) non lo so
9. Al raffreddamento, l'equilibrio della reazione H 2 + S H 2 S + Q:
1) spostarsi a sinistra
2) spostati a destra
3) non si muove
4) non lo so
Classificazione delle reazioni chimiche in chimica inorganica e organica
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In non chimica organica reazioni chimiche classificati secondo diversi criteri.
1. Modificando lo stato di ossidazione a redox, che vanno con un cambiamento dello stato di ossidazione degli elementi e acido-base, che procedono senza modificare gli stati di ossidazione.
2. Per la natura del processo.
Reazioni di decomposizione sono reazioni chimiche in cui le molecole semplici sono formate da quelle più complesse.
Reazioni di connessione sono chiamate reazioni chimiche, in cui si ottengono composti complessi da molti più semplici.
Reazioni di sostituzione sono reazioni chimiche in cui un atomo o un gruppo di atomi in una molecola viene sostituito da un altro atomo o gruppo di atomi.
Reazioni di scambio chiamate reazioni chimiche che si verificano senza modificare lo stato di ossidazione degli elementi e portare allo scambio parti costitutive reagenti.
3. Se possibile, procedere nella direzione opposta a reversibile e irreversibile.
Alcune reazioni, come la combustione dell'etanolo, sono praticamente irreversibili, cioè è impossibile creare le condizioni affinché scorra nella direzione opposta.
Tuttavia, ci sono molte reazioni che, a seconda delle condizioni del processo, possono procedere sia in avanti che in retromarcia. Vengono chiamate reazioni che possono procedere sia in avanti che in retromarcia reversibile.
4. Secondo il tipo di rottura del legame - omolitico(uguale gap, ogni atomo riceve un elettrone) e eterolitico(gap ineguale - si ottiene una coppia di elettroni).
5. Secondo l'effetto termico, esotermico(rilascio di calore) ed endotermico(assorbimento di calore).
Le reazioni di combinazione saranno generalmente reazioni esotermiche, mentre le reazioni di decomposizione saranno endotermiche. Una rara eccezione è la reazione endotermica dell'azoto con l'ossigeno N 2 + O 2 = 2NO - Q.
6. Secondo lo stato di aggregazione delle fasi.
omogeneo(la reazione avviene in una fase, senza interfacce; reazioni in gas o in soluzioni).
Eterogeneo(reazioni che hanno luogo al confine di fase).
7. Usando un catalizzatore.
Un catalizzatore è una sostanza che accelera una reazione chimica ma rimane chimicamente invariata.
catalitico praticamente non andare senza l'uso di un catalizzatore e non catalitico.
Classificazione delle reazioni organiche
Tipo di reazione
Radicale
Nucleofilo
(N)
elettrofilo (e)
Sostituzione (S)
radicale
sostituzione (SR)
Sostituzione nucleofila (S N)
Sostituzione elettrofila (SE)
Collegamento (A)
radicale
connessione (A R)
Addizione nucleofila (AN)
Addizione elettrofila (AE)
Scissione (E) (eliminazione)
radicale
scollatura (ER)
Scissione nucleofila (EN)
Eliminazione elettrofila (E E)
L'elettrofilia si riferisce alle reazioni eterolitiche di composti organici con elettrofili - particelle che portano una carica positiva intera o frazionaria. Si suddividono in reazioni di sostituzione elettrofila e di addizione elettrofila. Per esempio,
H 2 C \u003d CH 2 + Br 2 BrCH 2 - CH 2 Br
Il nucleofilo si riferisce alle reazioni eterolitiche di composti organici con nucleofili, particelle che portano una carica negativa intera o frazionaria. Si suddividono in reazioni di sostituzione nucleofila e di addizione nucleofila. Per esempio,
CH 3 Br + NaOH CH 3 OH + NaBr
Le reazioni radicali (a catena) sono chiamate reazioni chimiche che coinvolgono i radicali, per esempio
reazioni chimiche- si tratta di processi a seguito dei quali da alcune sostanze si formano altri, diversi da loro per composizione e (o) struttura.
Classificazione di reazione:
In base al numero e alla composizione dei reagenti e dei prodotti di reazione:
Reazioni che avvengono senza modificare la composizione della sostanza:
C (grafite) → C (diamante); P (bianco) → P (rosso).
In chimica organica, si tratta di reazioni di isomerizzazione - reazioni, a seguito delle quali si formano molecole di altre sostanze della stessa composizione qualitativa e quantitativa dalle molecole di una sostanza, ad es. con la stessa formula molecolare ma con una struttura diversa.
CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH-CH 3
n-butano 2-metilpropano (isobutano)
Reazioni che accompagnano un cambiamento nella composizione della sostanza:
In chimica organica, queste sono le reazioni di idrogenazione, alogenazione, idroalogenazione, idratazione e polimerizzazione.
CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 - CH 2 OH
b) Reazioni di decomposizione (in chimica organica, eliminazione, eliminazione) - reazioni durante le quali si formano diverse nuove sostanze da una sostanza complessa:CH 3 - CH 2 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O
2KNO 3 →2KNO 2 + O 2
In biologico esempi di chimica delle reazioni di scissione - deidrogenazione, disidratazione, deidroalogenazione, cracking.
c) Reazioni di sostituzione - reazioni in cui gli atomi di una sostanza semplice sostituiscono gli atomi di un elemento in una sostanza complessa (in chimica organica, i reagenti e i prodotti della reazione sono spesso due sostanze complesse).
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl; 2Na+ 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Gli esempi di reazioni di sostituzione che non sono accompagnate da un cambiamento negli stati di ossidazione degli atomi sono estremamente pochi. Va notato la reazione dell'ossido di silicio con sali di acidi contenenti ossigeno, che corrispondono a ossidi gassosi o volatili:
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5
d) Reazioni di scambio - reazioni durante le quali due sostanze complesse scambiano le loro parti costitutive:
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O,
2CH 3 COOH + CaCO 3 → (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O
Modificando gli stati di ossidazione elementi chimici, formando sostanze
reazioni, andare con un cambiamento negli stati di ossidazione o VR:
∙3| Cu 0 - 2e - → Cu +2 (processo di ossidazione, elemento - agente riducente),
8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
Chimica inorganica:
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
Reazioni che avvengono senza modificare gli stati di ossidazione degli elementi chimici:
HCOOH + CH 3 OH → HCOOCH 3 + H 2 O
Per effetto termico
Le reazioni esotermiche procedono con il rilascio di energia:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q
Le reazioni endotermiche procedono con l'assorbimento di energia:
C 12 H 26 → C 6 H 14 + C 6 H 12 - Q
Di stato di aggregazione reagenti
Reazioni eterogenee - reazioni in cui i reagenti e i prodotti di reazione si trovano in diversi stati di aggregazione:
CaC 2 (tv) + 2H 2 O (l) → Ca (OH) 2 (soluzione) + C 2 H 2 (g)
Reazioni omogenee - reazioni in cui i reagenti e i prodotti di reazione si trovano nello stesso stato di aggregazione:
2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) → 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Secondo la partecipazione del catalizzatore
Reazioni non catalitiche che avvengono senza la partecipazione di un catalizzatore:
Reazioni catalitiche che avvengono con la partecipazione di catalizzatori:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
Verso qualcosa
Le reazioni irreversibili procedono in queste condizioni in una sola direzione:
Le reazioni reversibili in queste condizioni procedono simultaneamente in due direzioni opposte: N 2 + 3H 2 ↔2NH 3
Secondo il meccanismo di flusso
meccanismo radicale.
Si verifica una scissione del legame omolitico (equivalente). Nella rottura emolitica, una coppia di elettroni che formano un legame diviso così che ciascuna delle particelle risultanti riceve un elettrone. In questo caso, si formano i radicali: particelle non cariche con elettroni spaiati. I radicali sono particelle molto reattive, le reazioni che li coinvolgono avvengono nella fase gassosa ad alta velocità e spesso con un'esplosione.
Le reazioni radicali avvengono tra i radicali e le molecole che si formano durante la reazione:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
Esempi: reazioni di combustione di organici e sostanze inorganiche, sintesi di acqua, ammoniaca, reazioni di alogenazione e nitrazione degli alcani, isomerizzazione e aromatizzazione degli alcani, ossidazione catalitica degli alcani, polimerizzazione di alcheni, cloruro di vinile, ecc.
Meccanismo ionico.
Si verifica una rottura del legame eterolitico (diseguale), con entrambi gli elettroni di legame che rimangono con una delle particelle precedentemente legate. Si formano particelle cariche (cationi e anioni).
Reazioni ioniche andare in soluzioni tra ioni già presenti o formatisi durante la reazione.
Ad esempio, in chimica inorganica questa è l'interazione di elettroliti in soluzione, in chimica organica si tratta di reazioni di addizione agli alcheni, ossidazione e deidrogenazione degli alcoli, sostituzione del gruppo alcolico e altre reazioni che caratterizzano le proprietà delle aldeidi e degli acidi carbossilici.
In base al tipo di energia che avvia la reazione:
Le reazioni fotochimiche si verificano quando esposto a quanti di luce. Per esempio, sintesi di acido cloridrico, l'interazione del metano con il cloro, la produzione di ozono in natura, i processi di fotosintesi, ecc.
Le reazioni di radiazione sono avviate da radiazioni ad alta energia (raggi X, raggi γ).
Avvia reazioni elettrochimiche elettricità come nell'elettrolisi.
Le reazioni termochimiche sono avviate dall'energia termica. Questi includono tutte le reazioni endotermiche e molte esotermiche che richiedono calore per avviarsi.
