Как да се идентифицират 6-те вида химически реакции

Химичните реакции са съществена част от технологията, допринасяйки за различни човешки дейности, които са част от нашето ежедневие. Примери за химични реакции, с които се сблъскваме всеки ден, включват изгарянето на горива и производството на вино и бира. Химичните реакции също присъстват широко в природата, от химическото изветряване на скалите, фотосинтезата в растенията и дихателния процес при животните.

В по-широк аспект има три видове реакции: физични, химични и ядрени. Химичните реакции могат да бъдат допълнително разделени на много категории. Шест често срещани видове химически реакции са: синтез, разлагане, единично изместване, двойно изместване, изгаряне и киселинно-алкални реакции. Учените ги класифицират въз основа на това какво се случва при преминаване от реагенти към продукти. Това е полезно при прогнозиране на реактивността на реагентите и продуктите, образувани от реакциите.

A химическа реакция е процес, при който едно или повече вещества, реагентите, претърпяват химическа трансформация, за да образуват едно или повече различни вещества, продуктите. Това е процес, който включва пренареждане на съставните атоми на реагентите, за да се образуват продукти, без да се променят ядрата на атомите.

Например, в процес, използван за производство на сода и селцер, въглеродният диоксид се барботира във вода при условия под налягане и образува ново съединение, известно като въглеродна киселина (Н₂CO₃). От това уравнение знаете, че е настъпила химическа реакция.

CO₂(g) + Н₂O (l) -> H₂CO₃(aq)

A физическа реакция се различава от химическата реакция. Физическите промени включват само промяна на състоянието, например замръзване на вода до лед и сублимация на сух лед до въглероден диоксид. И при двата сценария химичната идентичност на реагентите, H₂O и CO₂, не се промени. Продуктите все още са съставени от същите съединения като реагентите.

З.₂O (l) -> H₂Операционна система)

CO₂(и) -> CO₂(ж)

A ядрена реакция се отличава и от химическа реакция. Той включва сблъсък на две ядра, за да се образуват един или повече нуклиди, които са различни от родителските ядра. Например, Ърнест Ръдърфорд извърши първата изкуствена трансмутация чрез излагане на азотен газ на алфа частици, образувайки изотопа ¹⁷O и изхвърляне на протон в този процес. Елементът в реагента се промени, поради което се получи реакция.

¹⁴N + α -> ¹⁷O + p

Най-често срещаните видове химични реакции са синтез, разлагане, единично изместване, двойно изместване, горене и киселинно-алкални. Такава категоризация обаче не е изключителна. Например, киселинно-алкална реакция също може да бъде класифицирана като реакция на двойно изместване.

Реакция на синтез е реакция, при която са две или повече вещества комбинирани за да се образува по-сложна. Химичното уравнение за обща форма на реакция на синтез е както следва:

A + B -> AB

Един пример за реакция на синтез е комбинацията от желязо (Fe) и сяра (S) за образуване на железен сулфид.

Fe (s) + S (s) -> FeS (s)

Друг пример е, когато натриевият и хлорният газ се комбинират, за да се получи по-сложна молекула, натриевият хлорид.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

Реакцията на разлагане работи точно обратното на реакцията на синтез. Това е реакция, когато по-сложно вещество разпада се в по-прости. Обща форма на реакция на разлагане може да бъде написана като:

AB -> A + B

Пример за реакция на разлагане е електролизата на водата за образуване на водород и кислород.

З.₂O (l) -> H₂(g) + O₂(ж)

Разлагането може да бъде и термично, като превръщането на въглена киселина във вода и въглероден диоксид при условия на нагряване. Често се среща в газираните напитки.

З.₂CO₃(aq) -> H₂O (l) + CO₂(ж)

Известна също като единична реакция на заместване, реакцията на единично изместване е, когато чист елемент сменя места с друг елемент в съединение. Той е в общ вид:

A + BC -> AC + B

Много метали могат да реагират със силна киселина. Например, магнезият реагира със солна киселина, образувайки водороден газ и магнезиев хлорид. В тази реакция магнезият сменя местата с водорода в солната киселина.

Mg (s) + 2HCl (aq) -> H₂(g) + MgCl₂(aq)

Магнезият може също да реагира с вода, за да генерира магнезиев хидроксид и водороден газ.

Mg (s) + 2H₂O (l) -> H₂(g) + Mg (OH)₂(aq)

Друг вид химични реакции е двойното изместване, при което катионите на двата реагента сменят местата, за да образуват два напълно различни продукта. Обща форма на тази реакция е:

AB + CD -> AD + CB

Един пример за реакция на двойно изместване е, когато бариев хлорид реагира с магнезиев сулфат, образувайки бариев сулфат и магнезиев хлорид. В тази реакция бариевите и магнезиевите катиони в реагентите превключват местата към нови бариеви и магнезиеви съединения.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Друг пример е реакцията на оловен нитрат с калиев йодид с образуване на оловен йодид и калиев нитрат.

Pb (NO₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2KNO₃

И в двата случая реакцията генерира утайка (BaSO₄ и PbI₂) от два разтворими реагента, така че те също са групирани по реакции на утаяване.

Реакцията на горене е екзотермичен редокс химична реакция, при която горивото реагира с кислород, образувайки газообразни продукти. Въпреки че обикновено се инициира от форма на енергия, като например използване на запалена кибрит за запалване на огън, отделената топлина осигурява енергия за поддържане на реакцията.

Пълна реакция на горене се получава, когато присъства излишък на кислород и се получават предимно обикновени оксиди като въглероден диоксид и серен диоксид. За да се осигури пълно изгаряне, наличният кислород трябва да бъде два пъти или три пъти теоретичното количество, изчислено чрез стехиометрия. Пълното изгаряне на въглеводород може да бъде изразено във формата:

4С_хЗ._у + (4x + y) O₂ -> 4xCO₂ + 2yH₂O + топлина

Изгарянето на метан, който е наситен въглеводород, отделя значителна топлина (891 kJ / mol) и може да бъде обобщено от уравнението, както следва:

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2Н₂O + топлина

Нафталенът е друг пример за въглеводород и пълното му изгаряне също генерира въглероден диоксид, вода и топлина.

° С₁₀З.₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4Н₂O + топлина

Алкохолите могат да служат и като източник на гориво за горене, като метанол.

CH₃OH + O₂ -> CO₂ + 2Н₂O + топлина

Непълно изгаряне възниква, когато няма достатъчно кислород, за да реагира напълно с горивото, за да се получи въглероден диоксид и вода. Такъв пример е, когато метанът се изгаря в ограничено количество кислород, за да се получи комбинация от въглероден окис, въглероден диоксид, въглеродна пепел и вода. Тя може да бъде изразена от уравненията по-долу, подредени по наличното количество кислород.

Малко кислород:

CH₄ + O₂ -> С + 2Н₂О

Малко кислород:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂О

Повече, но не достатъчно кислород:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8Н₂О

Твърде много въглероден окис може да доведе до отравяне с въздух, тъй като той се комбинира с хемоглобин, образувайки карбоксихемоглобин и намалява способността му да доставя кислород. Ето защо е важно да се осигури пълно изгаряне на гориво за битови и промишлени цели.

Киселинно-алкалната реакция е реакция между киселина и основа, а водата е един от продуктите. Това е специален тип реакция на двойно изместване (места за превключване A и B) и тези примери за химични реакции са написани като:

HA + BOH -> BA + H₂О

Прост пример за киселинно-алкална реакция е, когато антиацид (калциев хидроксид) неутрализира стомашната киселина (солна киселина).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2Н₂О

Друг пример е реакцията на оцет (оцетна киселина) със сода за хляб (натриев бикарбонат). В този процес се образуват вода и въглероден диоксид, но не се отделя топлина, така че това не е реакция на горене.

CH₃COOH + NaHCO₃ -> СН₃COONa + H₂O + CO₂