2 0 7 г
реклама
МОУ «Михайловская средняя общеобразовательная школа» 2007 год Классификация химических реакций гораздо более многопланова, в ее основу могут быть положены различные признаки: число и состав реагентов и продуктов реакции, ее тепловой эффект, обратимость и др. Так же многие из химических реакций носят чье либо имя. Любые из этих признаков могут быть отнесены к реакциям с участием как неорганических, так и органических веществ. Именно поэтому мы ставим перед собой цель рассмотреть все типы и разновидности химических реакций. Познакомиться с открывателями некоторых из них. Рассмотреть классификацию неорганических химических реакций Рассмотреть классификацию органических химических реакций Рассмотреть признаки изменений химических реакций Рассмотреть некоторые из именных реакций •Что такое химические реакции? •Неорганические химические реакции 1) Экзотермические и эндотермические реакции. 2) Необратимые реакции и обратимые реакции 3) Реакции соединения и реакции разложения. 4) Реакции замещения. 5) Реакции обмена. 6) Катализаторы и ингибиторы. 7) Окислительно-восстановительные реакции 8) Внутримолекулярные реакции 9) Реакции диспропорционирования Именные химические реакции •Органические химические реакции 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Реакции присоединения (Полимеризации) Реакции разложения. Реакции замещения. Реакции отщепления (Элиминирования) Реакции изомеризации Реакции этерификации Внутримолекулярные реакции. Экзо- и эндотермические реакции •Вывод •Список литературы Химические реакции – это реакции процессы в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от исходных по составу или строению. Впрочем, такое определение нуждается в одном существенном дополнении. В ядерном реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие превращения химическими не называют. При протекании химических реакций не происходит изменение числа атомов того или иного элемента, взаимопревращения изотопов. С этой точки зрения особый тип процессов представляют ядерные реакции. Ядерные реакции можно условно разделить на три основных типа. Расщепление ядер. При бомбардировке элементарными частицами тяжелые ядра могут распадаться на два ядра других элементов. Например, облучение урана-235 потоком нейтронов приводит к образованию ядер атомов криптона и бария, а также трех нейтронов, 1 93 140 1 способных вызывать цепную ядерную реакцию : 235 92 U + 0 n = 36 Kr + 56 Ba + 30n Термоядерный синтез. При высоких температурах ядра атомов могут соединяться в более тяжелые ядра: Например: 3 1 2 Н + 1Н = 93 36 4 1 Kr + 2 Не + 0 n Большинство ядерных реакций сопровождается выделением колоссального количества энергии, что и обусловливает их соответствующее применение. Экзотермические реакции (от латинского "экзо" – наружу) – это реакции, протекающие с выделением теплоты. Частным случаем экзотермических реакций является реакция горенияэкзотермические реакции, протекающие с выделением света: 2Mg + O2 = 2MgO + Q CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O +Q Как правило, почти все реакции соединения протекают с выделением теплоты. Едва ли не единственным исключением является реакция соединения азота с кислородом в оксид азота (II), которая протекает с поглощением теплоты: N2 + O2 2NO - Q Эндотермические реакции (от "эндо" – внутрь) – это реакции, протекающие с поглощением теплоты. Реакции разложения за небольшим исключением являются эндотермическими. Например, обжиг известняка – эндотермическая реакция: CaCO3 = CaO + CO2 -Q Теплоту, которая выделяется или поглощается в результате химической реакции, называют тепловым эффектом. Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции, называют термохимическими. - химические реакции, в результате которых К ним относят сравнительно исходные вещества немного реакций. Это, практически например, реакции горения полностью или реакции в растворах превращаются в электролитов, протекающие конечные продукты. в полном соответствии с правилом Бертолле, т.е. только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, вода). - химические реакции, которые протекают Среди обратимых реакций, одновременно в двух противоположных используемых для направлениях – прямом и получения важнейших обратном. химических продуктов, можно назвать реакцию В отличие от синтеза оксида серы(Vl): необратимых реакций, 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 + Q они составляют более многочисленную группу. Реакции соединения – это реакции, в результате которых из двух и более веществ образуется одно более сложное вещество. В неорганической химии всё многообразие реакций соединения можно рассмотреть, например, на блоке реакций получения серной кислоты из серы. 1. Получение оксида серы (Vl) – из двух простых веществ образуется одно сложное: S + O2 = SO2 2. Получение оксида серы (Vl) – из простого и сложного веществ образуется одно сложное: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 3. Получение серной кислоты – из двух сложных веществ образуется одно сложное: SO3 + H2O = H2SO4 Реакции разложения – это реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ. В неорганической химии всё многообразие таких реакций можно рассмотреть на блоке реакций получения кислорода лабораторными способами. 1. Разложение оксида ртути (lI) при нагревании: HgO = 2Hg + O2 ↑ 2. Разложение пероксида водорода: 2H2O2 = 2H2O + O2 ↑ 3. Разложение перманганата калия при нагревании: 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 +O2 ↑ Реакции замещения – это реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих, например, свойства металлов. 1. Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 2. Взаимодействие металлов с растворами кислот: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 3. Взаимодействие металлов с растворами солей: Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 4. Металлотермия – вытеснение более активными металлами менее активных из них оксидов: 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe Реакции обмена – это реакции, в которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями. Эти реакции характеризуют свойства в первую очередь электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле. 1. В результате реакции обмена между растворами иодида натрия и нитрата свинца (ll) образуется красивый золотисто–жёлтый осадок иодида свинца (ll) . 2NaI + Pl(NO3)2 = PbI2 + 2NaNO3 2. Если в раствор кислоты прилить раствор, содержащий карбонат-ион, то можно заметить образование газа: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 +H2O 3. Если к раствору щелочи добавить несколько капель фенолфталеина (окраска станет малиновой), а затем прилить кислоты, раствор обесцветится, так как произойдёт реакция нейтрализации: KOH + HNO3 = KNO3 + H2O Вещества, которые изменяют скорость химической реакции, оставаясь к концу её неизменными, называют катализаторами. Оксид марганца (lV) является катализатором разложения пероксида водорода. Процесс изменения скорости химических реакций с помощью катализатора называют катализом, а реакции, идущие с участием катализатора, каталитическими. При добавлении катализаторов в смесь реагентов скорость реакции увеличивается в десятки и сотни раз, но в итоге реакции сами катализаторы остаются неизменными по форме, цвету, объёму и массе. Катализаторы широко используют в химической промышленности, так как они позволяют повысить производительность химических процессов, уменьшить стоимость химической аппаратуры, сделать производство экологически более чистым и экономически выгодным. Помимо катализаторов, которые увеличивают скорости химических реакций, есть вещества, которые их уменьшают – ингибиторы. Биологические катализаторы белковой природы называют ферментами. Ферменты ускоряют жизненно важные химические процессы в клетках организмов. Особенность ферментов состоит в том, что они действуют в строго определённом интервале температур и в строго определённой среде. Например, фермент слюны птиалин действует на крахмал пищи лучше всего при температуре 35 – 40С. Это объясняет, почему в инструкциях по применению стиральных порошков, содержащих ферменты, рекомендуется строго придерживаться указанного интервала температур. Окислительно – восстановительными называют реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементы, образующих вещества, участвующие в реакции. К ним относят все реакции замещения, а также те реакции, соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество. Элементы или вещества, отдающие электроны, называют восстановителями. В ходе реакции они окисляются. Элементы вещества, принимающие электроны, называют окислителями. В ходе реакции они восстанавливаются. Степенью окисления называют условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный на основе предположения, что оно состоит только из простых ионов. К внутримолекулярным реакциям относятся такие реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе. В этом случае атом с более положительной степенью окисления окисляет атом с меньшей степенью окисления. Такими являются реакции термического разложения. Например: +5 -2 +3 0 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2 +5 -2 -1 0 2KClO3 = 2KCl + O3 -3 +6 0 +3 (NH4)2CrO7 = N2 + CrO3 + 4H2O Сюда же следует отнести и разложение веществ, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления: -3 +3 0 NH4NO2 = N2 + 2H2O -3 +5 +1 NH4NO3 = N2O + 2H2O Диспропорция – отсутствие пропорциональности, несоразмеренности. Протекание таких реакций сопровождается одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. При этом исходное вещество образует соединения, одно из которых содержит атомы с более высокой, а другое с более низкой степенями окисления. Эти реакции возможны для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления +6 +7 +4 Например: 3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + KOH +6 +7 +6 +4 Mn – 1e = Mn 2 Mn + 2e = Mn 1 К реакциям диспропорционирования относятся и такие часто встречающиеся, +3 +5 +2 как: 3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O 0 +1 -1 Cl2 + H2O ↔ HClO + HCl Раньше реакции диспропорционирования называли реакциями самоокисления – самовосстановления. Реакции присоединения – реакции, при которых из двух и более исходных веществ образуется один продукт взаимодействия К реакциям присоединения относятся реакции полимеризации. Полимеризация – это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные. СН2=СН2 + СН2=СН2 + СН2=СН2 +… Реакции полимеризации характерны для непредельных соединений. Например: из этилена образуется высокомолекулярное вещество – полиэтилен. Соединение молекул этилена происходит по месту разрыва двойной связи: –СН2 –СН2– + –СН2–СН2– + –СН2–СН2– +… –СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–СН2–… Сокращенно уравнение записывается так: n СН2=СН2 (–СН2 –СН2–)n К концам таких молекул (макромолекул) присоединяются какие-нибудь свободные атомы или радикалы (например, атома водорода из этилена). Продукт реакции полимеризации называется полимером (от греч. поли – много, мерос - часть), а исходное вещество, вступающее в реакцию полимеризации – мономером. Полимер – вещество с очень высокой молярной массой, молекула которого состоит из большого числа повторяющихся группировок, имеющих одинаковое строение. Эти группировки называют элементарными звеньями или структурными единицами. Например, элементарным звеном полиэтилена является группировка атомов –СН2–СН2– Число элементарных звеньев, повторяющихся в макромолекуле, называется степенью полимеризации. В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получать вещества с различными свойствами. Если в реакции полимеризации принимает участие небольшое число молекул, то образуются низкомолекулярные вещества, например, димеры, тримеры Так, полиэтилен с короткими цепями (n = 20) является жидкостью, обладающей смазочными свойствами. Полиэтилен с длиной цепи в 1500 – 2000 звеньев представляет собой твердый, но гибкий пластический материал, из которого можно получать пленки, изготовлять бутылки и другую посуду, эластичные трубы… Полиэтилен с длиной цепи в 5 – 6 тыс. звеньев является твердым веществом, из которого можно готовить литые изделия, жесткие трубы, прочные нити. - это такие реакции, при которых из одного исходного вещества образуются два или более продукта. Исходное вещество в реакциях такого типа должно быть сложное, а образующиеся вещества могут быть как простыми, так и сложными. - это реакции, в которых атомы простого вещества замещают в сложном веществе атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе. Поскольку в реакциях замещения в качестве одного из реагентов обязательно участвует простое вещество, все превращения такого типа являются окислительновосстановительными. Ca2+ 2C17H35COONa→Ca(C17H35COO)2↓ + 2Na+ Реакции, в результате которых из молекулы исходного соединения образуются молекулы нескольких новых веществ, называют реакциями отщеплениями или элиминирования. Дегидрирование: CH3CH3 400-600 °C, Al2, O3 CH2=CH2 + H2 Дегидратация: CH3–CH2OH Дегидрохлорирование: CH3–CH2Cl NaOH, спирт CH2=CH2 + HCl 170 °C, H2SO4 CH2=CH2 + H2O Реакции, в результате которых из молекул одного вещества образуются молекулы других веществ того же качественного и количественного состава, т.е. с той же молекулярной формулой, называют реакциями изомеризации. CH3–CH2–CH2 – CH2 – CH3 450 °C, AlCl3 450 °C, AlCl3 CH3–CH–CH2–CH3 CH3 Перегруппировка Бекмана: Некоторые реакции изомеризации называют перегруппировками. Например, получение одного из важнейших полимеров – капрона – на одной из стадий включает такую реакцию. о N–OH +NH2OH -H2O циклогексанол циклогексаноноксим о перегруппировка N Н капролактам перегруппировка Реакции, в ходе которых все атомы сохраняют свои степени окисления, называют реакциями этерификации HCOOH + CH3OH HCOOCH3 + H2O CH3OH + HCl CH3Cl + H2O CH3Cl + 2NH3 CH3NH2 + NH4Cl Реакции этерификации характерны не только для карбоновых, но и для минеральных кислот. OH 2C2H5OH + OH SO2 C2H5O C2H5O SO2 + H2O Реакции, в которых и окисляющийся и восстанавливающийся атомы входят в состав одного и того же вещества -1 +5 НАПРИМЕР: взрыв тринитрата CH2–O–NO2 глицерина сопровождается изменением степеней окисления 0 +5 4 CH–O–NO2 трех атомов: углерода, азота и кислорода -1 +4 0 0 12CO2 + 6N2 + 10H2O + O2 +5 CH2–O–NO2 Уравнение реакции, в котором указан ее тепловой эффект, называют термохимическим. CH2=CH–CH3 + H2 Реакции, протекающие с выделением тепловой энергии, называют экзотермическими, с поглощением теплоты – эндотермическими. CH3–CH2–CH3 + 124,1 кДж Вывод: Рассмотрели реакции с участием органических и неорганических веществ; все типы и разновидности химических реакций, включая именные реакции. 1. Артеменко А.И. Органическая химия, 1994г. 2. Г.П. Хомченко. Пособие для поступающих в ВУЗы. М: «Новая волна», 2006 г. 3. Годмен А. Иллюстрированный химический словарь, 1988 г. 4. Кобазев И.А. Лабораторно-практические занятия по органической химии, 1958 г. 5. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Поков В.А. Начала химии, 1964 г. 6. О.С. Габриелян. Химия. Дрофа, 2007 г. 7. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. Химия. Пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы. Дрофа, 2005 г. 8. Хайнинг К. Биграфия великих химиков, 1981 г. 9. Химический энциклопедический словарь, 1983 г. 10. Эппликвист Д., Де Пюи Ч., Райнхарт К. Введение в органическую химию, 1985 Также всю необходимую информацию можно найти на сайтах: http://www.himikat.ru/ http://www.hemi.nsu.ru/
