Химические реакции являются неотъемлемой частью технологий, участвуя в различных видах человеческой деятельности, которые являются частью нашей повседневной жизни. Примеры химических реакций, с которыми мы сталкиваемся каждый день, включают сжигание топлива и изготовление вина и пива. Химические реакции также широко распространены в природе, от химического выветривания горных пород, фотосинтеза в растениях и процесса дыхания у животных.
В более широком аспекте можно выделить три типы реакций: физический, химический и ядерный. Химические реакции можно разделить на множество категорий. Шесть общих типы химических реакций это: синтез, разложение, одинарное вытеснение, двойное вытеснение, реакции горения и кислотно-основные реакции. Ученые классифицируют их на основе того, что происходит при переходе от реагентов к продуктам. Это помогает прогнозировать реакционную способность реагентов и продуктов, образующихся в результате реакций.
Типы реакций
А химическая реакция представляет собой процесс, в котором одно или несколько веществ, реагентов, подвергаются химическому превращению с образованием одного или нескольких различных веществ, продуктов. Это процесс, который включает перегруппировку составляющих атомов реагентов с образованием продуктов без изменения ядер атомов.
Например, в процессе производства соды и сельтерской воды диоксид углерода барботируется в воду в условиях повышенного давления и образует новое соединение, известное как угольная кислота (H2CO3). По этому уравнению вы знаете, что произошла химическая реакция.
CO2(г) + H2O (l) -> H2CO3(водн.)
А физическая реакция отличается от химической реакции. Физические изменения включают только изменение состояния, например, замерзание воды до льда и сублимацию сухого льда до диоксида углерода. В обоих сценариях химическая идентичность реагентов H2O и CO2, не изменилось. Продукты по-прежнему состоят из тех же соединений, что и реагенты.
ЧАС2O (l) -> H2Операционные системы)
CO2(s) -> CO2(грамм)
А ядерная реакция также отличается от химической реакции. Он включает столкновение двух ядер с образованием одного или нескольких нуклидов, отличных от родительских ядер. Например, Эрнест Резерфорд выполнил первую искусственную трансмутацию, подвергнув азотный газ альфа-частицам, образуя изотоп 17O и выбрасывая протон в этом процессе. Элемент в реагенте изменился, таким образом, произошла реакция.
14N + α -> 17O + p
Типы химических реакций
Наиболее распространенными типами химических реакций являются синтез, разложение, одинарное вытеснение, двойное вытеснение, горение и кислотно-щелочная реакция. Однако такая категоризация не является исключительной. Например, кислотно-основная реакция также может быть классифицирована как реакция двойного замещения.
Реакция синтеза
Реакция синтеза - это реакция, в которой два или более веществ комбинированный чтобы сформировать более сложный. Химическое уравнение для общей формы реакции синтеза выглядит следующим образом:
А + В -> АВ
Одним из примеров реакции синтеза является сочетание железа (Fe) и серы (S) с образованием сульфида железа.
Fe (s) + S (s) -> FeS (s)
Другой пример - когда натрий и газообразный хлор объединяются с образованием более сложной молекулы - хлорида натрия.
2Na (s) + Cl2(г) -> 2NaCl (т)
Реакция разложения
Реакция разложения работает совершенно противоположно реакции синтеза. Это реакция, при которой более сложное вещество распадается на более простые. Общий вид реакции разложения можно записать как:
AB -> A + B
Примером реакции разложения является электролиз воды с образованием газообразного водорода и кислорода.
ЧАС2O (l) -> H2(г) + O2(грамм)
Разложение также может быть термическим, например превращение угольной кислоты в воду и диоксид углерода в условиях нагревания. Обычно встречается в газированных напитках.
ЧАС2CO3(водный) -> H2О (л) + СО2(грамм)
Реакция одиночного вытеснения
Также известная как реакция одиночного замещения, реакция одиночного замещения - это когда чистый элемент переключается местами с другим элементом в соединении. Это в общем виде:
А + ВС -> АС + В
Многие металлы могут реагировать с сильной кислотой. Например, магний реагирует с соляной кислотой с образованием газообразного водорода и хлорида магния. В этой реакции магний меняется местами с водородом в соляной кислоте.
Mg (тв) + 2HCl (водн.) -> H2(г) + MgCl2(водн.)
Магний также может реагировать с водой с образованием гидроксида магния и газообразного водорода.
Мг (тв) + 2Н2O (l) -> H2(г) + Mg (OH)2(водн.)
Двойное смещение
Другой тип химических реакций - это двойное замещение, при котором катионы двух реагентов меняются местами, образуя два совершенно разных продукта. Общая форма этой реакции:
AB + CD -> AD + CB
Одним из примеров реакции двойного замещения является реакция хлорида бария с сульфатом магния с образованием сульфата бария и хлорида магния. В этой реакции катионы бария и магния в реагентах меняются местами на новые соединения бария и магния.
BaCl2 + MgSO4 -> BaSO4 + MgCl2
Другой пример - реакция нитрата свинца с йодидом калия с образованием йодида свинца и нитрата калия.
Pb (НЕТ3)2 + 2KI -> PbI2 + 2КНО3
В обоих случаях в результате реакции образуется осадок (BaSO4 и PbI2) от двух растворимых реагентов, поэтому они также группируются по реакциям осаждения.
Реакция горения
Реакция горения - это экзотермический окислительно-восстановительный потенциал химическая реакция, при которой топливо реагирует с кислородом с образованием газообразных продуктов. Хотя обычно это инициируется какой-либо формой энергии, такой как использование зажженной спички для зажигания огня, выделяемое тепло обеспечивает энергию для поддержания реакции.
Полная реакция сгорания происходит, когда присутствует избыток кислорода и дает в основном обычные оксиды, такие как диоксид углерода и диоксид серы. Для обеспечения полного сгорания содержание кислорода должно быть в два или три раза больше теоретического количества, рассчитанного по стехиометрии. Полное сгорание углеводорода можно выразить в виде:
4CИксЧАСу + (4x + y) O2 -> 4xCO2 + 2yH2O + тепло
При сгорании метана, который является насыщенным углеводородом, выделяется значительное количество тепла (891 кДж / моль), что можно обобщить следующим уравнением:
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + тепло
Нафталин является еще одним примером углеводорода, при его полном сгорании также выделяется углекислый газ, вода и тепло.
C10ЧАС8 + 12O2 -> 10CO2 + 4H2O + тепло
Спирты также могут служить источником топлива для горения, например, метанол.
CH3ОН + О2 -> CO2 + 2H2O + тепло
Неполное сгорание происходит, когда кислорода недостаточно для полной реакции с топливом с образованием диоксида углерода и воды. Таким примером является сжигание метана при ограниченном количестве кислорода для получения комбинации монооксида углерода, диоксида углерода, углеродной золы и воды. Это может быть выражено приведенными ниже уравнениями в зависимости от количества присутствующего кислорода.
Мало кислорода:
CH4 + O2 -> C + 2H2O
Немного кислорода:
2CH4 + 3O2 -> 2СО + 4Н2O
Больше, но недостаточно кислорода:
4CH4 + 7O2 -> 2СО + 2СО2 + 8H2O
Слишком много оксида углерода может привести к отравлению воздуха, поскольку он соединяется с гемоглобином с образованием карбоксигемоглобина и снижает его способность доставлять кислород. Поэтому важно обеспечить полное сгорание топлива для бытовых и промышленных нужд.
Кислотно-основная реакция
Кислотно-основная реакция - это реакция между кислотой и основанием, одним из продуктов которой является вода. Это особый тип реакции двойного смещения (местами переключения A и B), и эти примеры химических реакций записываются как:
HA + BOH -> BA + H2O
Простой пример кислотно-щелочной реакции - это когда антацид (гидроксид кальция) нейтрализует желудочную кислоту (соляную кислоту).
Са (ОН)2 + 2HCl -> CaCl2 + 2H2O
Другой пример - реакция уксуса (уксусной кислоты) с пищевой содой (бикарбонатом натрия). В этом процессе образуются вода и углекислый газ, но не выделяется тепло, поэтому это не реакция горения.
CH3COOH + NaHCO3 -> СН3COONa + H2O + CO2