Химическая реакция — это взаимодействие между двумя и более веществами, после которого образуются совершенно другие соединения, отличные от исходных по составу и свойствам. Эти изменения затрагивают только электронную оболочку, а общее число ядер остается неизменным, как и изотопный состав. Существует большое разнообразие типов таких взаимодействий. При изучении химии в 11 классе таблица классификации химических реакций помогает быстрее разобраться в таких процессах.
Основные признаки классификации
В школьном курсе химии один урок обязательно посвящается этой теме. Признаков для классификации очень много, но самыми основными являются:
- тепловой эффект;
- изменение степени окисления;
- обратимость;
- количество и состав исходных веществ и продуктов взаимодействия;
- наличие катализатора;
- агрегатное состояние исходных веществ.
Подробно виды химических реакций представлены в таблице:
| Признак | Тип | Схема уравнения |
| По тепловому эффекту | Экзотермическая | А + В → АВ + Q кДж |
| Эндотермическая | А + В → АВ — Q кДж | |
| По изменению степени окисления | Окислительно-восстановительная | А + В → АВ |
| Без изменения степени окисления | АD + ВC → АC + BD | |
| По обратимости | Обратимые | А + В ↔ АВ |
| Необратимые | АD + ВC → АC ↓ + BD | |
| По количеству и составу исходных реагентов и продуктов взаимодействия | Разложения | А → В + С |
| Соединения | А + В → D | |
| Замещения | А + ВС → АС + В | |
| Обмена | АВ + CD → АD + CB | |
| По участию катализатора | Каталитические | А + C → АС (кат) |
| Некаталитические | В + D → BD | |
| По агрегатному состоянию исходных веществ | Гомогенные | АВ(ж) + CD(ж) → АD + CB |
| Гетерогенные | А(тв) + ВС(ж) → АС + B |
Тепловой эффект
Классификация хим. реакций по этому признаку основывается на выделении или поглощении тепловой энергии. Если в результате химического взаимодействия тепло выделяется, то это экзотермическая реакция. Эндотермическая — это такая, при которой тепло будет поглощаться.
Расчет тепловой энергии ведется на основе закона Гесса, который гласит, что тепловой эффект химической реакции не зависит от пути ее протекания. Кратко вычисление можно записать, как разницу между энтальпиями образования продуктов и реагентов.
Пример:
S + O2 = SO2 +Q (экзотермическая)
CaCO3 = CaO +CO2 -Q (эндотермическая)
Степень окисления атомов
Для написания схемы этого типа хим.реакций используется понятие степени окисления, которая численно равна условному заряду атома. В процессе химических превращений этот показатель может сохраняться или изменяться.
В первую группу относится ионный обмен, а также соединение и разложение, при условии отсутствия простых веществ в системе. Примером такого взаимодействия служит реагирование хлорида бария и сульфата натрия.
BaCl2 + Na2SO4 →BaSO4 + 2NaCl
Реакции из второй группы называются окислительно-восстановительными. Процесс сопровождается переходом электронов от одного атома к другому, из-за чего заряды частиц меняются.
Атом, отдающий электроны, повышает свою степень окисления и называется восстановителем. Второй атом называют окислителем. Два этих процесса протекают одновременно, за что реакции и получили свое название. Тип окислительно-восстановительной реакции определяется в зависимости от того, какой атом меняет свой заряд:
| межмолекулярные | обмен электронами проходит между разными атомами разных веществ | Zn0 +Cu+2SO4 =Zn+2SO4 +Cu0 |
| внутримолекулярные | электронный переход осуществляется между разными атомами в одной молекуле | (N-3H4)2Cr+62O7 =N20↑ +Cr+32O3 + 4H2O |
| диспропорционирования | один атом в одной молекуле является и окислителем, и восстановителем | 2H2O 2 -1=O02↑ + 2H2O-2 |
| контрпропорционирования | взаимодействие двух разных веществ, в состав которых входит один атом с разными зарядами | Na2S+4O3 + 2Na2S-2 + 6HCl = 3S0+ 6NaCl + 3H2O |
Обратимость и необратимость
Эта характеристика показывает направление реакции. Одни процессы могут протекать только в прямом направлении, а другие протекают и в прямом, и в обратном. Они называются необратимыми и обратимыми соответственно. В обратимых реакциях происходит реагирование между продуктами, которое приводит к обратному превращению в исходные вещества. Подобные системы всегда представляют равновесную смесь реагентов и продуктов.
Необратимые реакции идут до конца, в системе не остается реагентов. Есть несколько признаков, показывающих необратимость процесса:
- один из продуктов покидает систему (выпадение осадка, выделение газа);
- продукты представлены малодиссоциируемыми веществами;
- реагирование протекает с выделением большого количества тепла (горение, взрыв).
Примеры обратимой и необратимой реакции.
Н2 + I2 = 2HI
2Mg + O2 → 2MgO + Q
Состав продуктов и реагентов
Реакции могут проходить без изменения качественного состава. Они включают в себя аллотропные модификации, изомеризацию, полиморфные превращения. Например, переход бутана в изопропан или превращение кислорода в озон.
Те превращения, которые проходят с изменением качественного состава, подразделяются еще на 4 типа:
| 1. Соединения | два вещества и более соединяются в одно | 4NO2 + О2 + 2Н2О = 4HNO3 |
| 2. Разложения | одно сложное вещество распадается на несколько более простых | 2Ag2O = 4Ag + O2 |
| 3. Замещения | атом или группа атомов вытесняются более активным атомом простого вещества | 2НNO3 + 2Na = 2NaNO3 + H2 |
| 4. Обмена | два сложных вещества, вступая в химическое взаимодействие, обмениваются своими атомами, при этом степень окисления не меняется; типичным примером в этом случае является нейтрализация кислот основанием. | HCl + NaOH → NaCl + H2O. |
Наличие катализатора
Катализатор — это вещество, ускоряющее протекание химической реакции. На выходе его состав и количество остаются неизменными. Реакции, протекающие с использованием катализатора, называются каталитическими. В этом случае вещества самостоятельно будут реагировать медленно или не будут реагировать совсем.
2SО2 + О2 = 2SО3 (катализатор — V2O5)
Если процесс проходит легко без дополнительного ускорения, то это некаталитическая реакция.
Агрегатное состояние
Реагирующие вещества могут быть жидкими, твердыми или газообразными. Если агрегатное состояние реагентов одинаковое, то реакция гомогенная. Например, две жидкости или два газа. Если состояние реагентов отличается — гетерогенная. Например, взаимодействие твердого натрия и воды.
Классификация химических превращений универсальная, подходит и для неорганической, и для органической химии. Каждая реакция относится не к одному, а нескольким типам.
Например, некаталитическая обратимая реакция обмена. Зная, к какому виду принадлежит взаимодействие, можно влиять на направление и скорость реагирования веществ. Особенно это актуально для производств, где используют процессы с низким процентом выхода целевого продукта.
