§ 21. Класифікація хімічних реакцій

Класифікація реакцій за кількістю і складом реагентів та продуктів реакції

Під час вивчення хімії ви вже ознайомилися з багатьма типами хімічних реакцій. У цьому параграфі ми узагальнимо ці знання та класифікуємо відомі вам реакції за різними ознаками.

Реакції сполучення відповідають схемі: А + B —> C. Найбільш характерними є:

• взаємодії простих речовин: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

• гідратація оксидів: CO₂ + H₂O = H₂CO₃

• взаємодії кислотних оксидів з основними: CO₂ + CaO = CaCO₃

Реакції розкладу відповідають схемі: A —> B + C + D. Розкладу піддаються речовини всіх відомих вам класів неорганічних сполук:

• кислоти: H₂SiO₃ = SiO₂ + H₂O

• гідроксиди: Cu(OH)₂= CuO + H₂O

• солі: CaCO₃ = CaO + CO₂↑

• оксиди: 2HgO = 2Hg + O₂↑

Реакції заміщення відповідають схемі: A + BC —> AC + В. Зазвичай реакції заміщення відбуваються між однією простою й однією складною речовиною:

• метал з оксидом: 2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe

• метал з кислотою: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

• метал із сіллю: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓

• неметал з оксидом: C + PbO = CO + Pb

Хоча трапляються й реакції заміщення між двома складними речовинами, наприклад реакція оксиду із сіллю:

SiO₂ + CaCO₃ = CaSiO₃ + CO₂↑

Реакції обміну відповідають схемі: AB + CD —> AD + CB. Це найпоширеніша група реакцій між складними речовинами, зокрема, між кислотами, основами, солями й оксидами.

Оборотні й необоротні реакції

Часто напрям реакції залежить від умов її проведення. Наприклад, за звичайної температури відбувається реакція утворення кальцій карбонату:

CaO + CO₂= CaCO₃

Однак у разі нагрівання до високої температури (до 1000 °C) починає переважати реакція розкладання кальцій карбонату:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑

Часто трапляється, що за однакових умов хімічна реакція може відбуватися у двох протилежних напрямах. Зокрема, наведена реакція в певному інтервалі температур відбувається в обох протилежних напрямах.

Реакції, які за заданих умов відбуваються як у прямому, так і у зворотному напрямах, називають оборотними.

Для запису рівнянь таких реакцій замість знака рівності використовують знак оборотності (протилежно спрямовані стрілки):

Оборотні процеси дуже поширені. До них належать дисоціація води і слабких кислот, взаємодія водню з бромом, йодом, азотом тощо.

Необоротними є такі хімічні реакції, продукти яких не здатні реагувати один з одним з утворенням початкових речовин. Тому в необоротних реакціях усі реагенти взаємодіють один з одним повністю з утворенням продуктів реакції. Більшість реакцій у неорганічній хімії є саме необоротними (на відміну від реакцій за участі органічних речовин).

Зверніть увагу: іноді помилково вважають, що якщо під час зливання розчинів електролітів не виділяється газ, вода або осад, то відбувається оборотна реакція. Наприклад, між розчинами натрій сульфату й калій карбонату:

Класифікація реакцій за тепловим ефектом

Кожна хімічна реакція супроводжується тепловим ефектом: у хімічних взаємодіях теплота може виділятися або поглинатися. Екзотермічні реакції відбуваються з виділенням теплоти, а ендотермічні — з поглинанням теплоти.

Класифікація реакцій за зміною ступеня окиснення

Ступені окиснення елементи змінюють в окисно-відновних реакціях. Серед них виділяють:

• міжмолекулярні ОВР — елементи, що змінюють ступені окиснення, містяться у складі різних молекул (формульних одиниць). Це найпоширеніший тип окисно-відновних реакцій:

• внутрішньомолекулярні ОВР — елементи, що змінюють ступені окиснення, містяться у складі однієї молекули (формульної одиниці):

Хімічні реакції, в яких ступені окиснення елементів не змінюються, є кислотно-основними. У кислотно-основних реакціях кислотні речовини взаємодіють з основними. Реакції йонного обміну між солями також є кислотно-основними, хоча їх описують не відомою вам теорією кислот і основ Арреніуса, а іншими, більш загальними, теоріями кислот і основ.

Серед кислотно-основних реакцій виділяють групу реакцій, які називають реакціями нейтралізації — це група реакції взаємодії кислот з лугами з утворенням солі й води.

Приклад. Класифікуйте наведені хімічні реакції за різними класифікаційними ознаками.

Реакція 1 є реакцією обміну. Вона відбувається тільки в одному напрямку, а отже, є необоротною. Теплота під час реакції виділяється, тож ця реакція є екзотермічною. Жоден елемент не змінює свій ступінь окиснення: вона є кислотно-основною, причому належить до реакцій нейтралізації.

Реакція 2 є реакцією сполучення. Оскільки вона відбувається в обох напрямах, то є оборотною. За тепловим ефектом вона є ендотермічною завдяки поглинанню теплоти в прямій реакції. Під час реакції атоми Карбону змінюють ступінь окиснення, тож вона є окисно-відновною, причому міжмолекулярною.

Ключова ідея

Класифікація хімічних реакцій полягає в розподіленні їх на групи згідно з певними важливими ознаками. Під час класифікації головне — виявити ці характерні ознаки хімічної реакції.

Завдання для засвоєння матеріалу

244. Назвіть ознаки, за якими можна класифікувати хімічні реакції. На які типи поділяють хімічні реакції за цими ознаками?

245. Наведіть по одному прикладу: а) ендотермічної реакції розкладу; б) реакції сполучення між газами; в) окисно-відновної реакції розкладу; г) екзотермічної реакції між твердою та газуватою речовинами; д) окисно-відновної реакції заміщення між твердою та рідкою речовинами.

246. Наведені хімічні реакції класифікуйте за класифікаційними ознаками: