Як визначити 6 видів хімічних реакцій

Хімічні реакції є важливою частиною технології, сприяючи різній діяльності людини, яка є частиною нашого повсякденного життя. Прикладами хімічних реакцій, з якими ми стикаємося щодня, є спалювання палива та виготовлення вина та пива. Хімічні реакції також широко присутні в природі - від хімічного вивітрювання гірських порід, фотосинтезу в рослинах та процесу дихання у тварин.

У більш широкому аспекті їх існує три типи реакцій: фізичні, хімічні та ядерні. Хімічні реакції можна розділити на багато категорій. Шість загальних типи хімічних реакцій це: синтез, розпад, одновиміщення, подвійне витіснення, горіння та кислотно-лужні реакції. Вчені класифікують їх на основі того, що відбувається при переході від реагентів до продуктів. Це корисно для прогнозування реакційної здатності реагентів та продуктів, що утворюються в результаті реакцій.

A хімічна реакція це процес, при якому одна або декілька речовин, реагентів, зазнають хімічного перетворення, утворюючи одну або кілька різних речовин - продуктів. Це процес, який включає перегрупування складових атомів реагентів з утворенням продуктів, не змінюючи ядер атомів.

Наприклад, в процесі виробництва соди та сільдеру вуглекислий газ барботується у воду під тиском і утворює нову сполуку, відому як вугільна кислота (H₂CO₃). За цим рівнянням ви знаєте, що відбулася хімічна реакція.

CO₂(g) + H₂O (l) -> H₂CO₃(aq)

A фізична реакція відрізняється від хімічної реакції. Фізичні зміни передбачають лише зміну стану, наприклад, замерзання води до льоду та сублімацію сухого льоду до вуглекислого газу. В обох сценаріях хімічна ідентичність реагентів, H₂O і CO₂, не змінився. Продукти все ще складаються з тих самих сполук, що і реагенти.

H₂O (l) -> H₂O (s)

CO₂(s) -> CO₂(g)

A ядерна реакція також відрізняється від хімічної реакції. Воно передбачає зіткнення двох ядер з утворенням одного або декількох нуклідів, які відрізняються від батьківських ядер. Наприклад, Ернест Резерфорд здійснив першу штучну трансмутацію, піддавши газоподібний азот альфа-частинкам, утворюючи ізотоп ¹⁷Про і викидання протона в цьому процесі. Елемент у реагенті змінився, таким чином, відбулася реакція.

¹⁴N + α -> ¹⁷O + p

Найбільш поширеними типами хімічних реакцій є синтез, розкладання, одноразове витіснення, подвійне витіснення, горіння та кислотно-основна речовина. Однак така категоризація не є виключною. Наприклад, кислотно-лужну реакцію також можна класифікувати як реакцію подвійного витіснення.

Реакція синтезу - це реакція, в якій знаходяться дві або більше речовин комбіновані сформувати більш складний. Хімічне рівняння загальної форми реакції синтезу є таким:

A + B -> AB

Одним із прикладів реакції синтезу є поєднання заліза (Fe) та сірки (S) з утворенням сульфіду заліза.

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

Інший приклад - поєднання газу натрію та хлору для отримання більш складної молекули - хлориду натрію.

2Na (s) + Cl₂(g) -> 2NaCl (s)

Реакція розкладання працює абсолютно протилежно реакції синтезу. Це реакція, де складніша речовина розпадається на більш прості. Загальну форму реакції розкладання можна записати так:

AB -> A + B

Прикладом реакції розкладання є електроліз води з утворенням водню та газу кисню.

H₂O (l) -> H₂(g) + O₂(g)

Розпад також може бути термічним, наприклад, перетворення вуглекислоти у воду та діоксид вуглецю в умовах нагрівання. Це часто зустрічається в газованих напоях.

H₂CO₃(aq) -> H₂O (l) + CO₂(g)

Також відома як одиночна реакція заміщення, одиночна реакція витіснення - це коли чистий елемент міняється місцями з іншим елементом у сполуці. Це в загальному вигляді:

A + BC -> AC + B

Багато металів можуть реагувати з сильною кислотою. Наприклад, магній реагує з соляною кислотою, утворюючи газоподібний водень та хлорид магнію. У цій реакції магній міняється місцями з воднем у соляній кислоті.

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

Магній також може реагувати з водою, утворюючи гідроксид магнію та газоподібний водень.

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

Іншим видом хімічних реакцій є подвійне витіснення, при якому катіони двох реагентів міняються місцями, утворюючи два абсолютно різні продукти. Загальною формою цієї реакції є:

AB + CD -> AD + CB

Одним з прикладів реакції подвійного витіснення є реакція хлориду барію з сульфатом магнію з утворенням сульфату барію та хлориду магнію. У цій реакції катіони барію і магнію в реагентах змінюють місця на нові сполуки барію і магнію.

BaCl₂ + MgSO₄ -> BaSO₄ + MgCl₂

Інший приклад - реакція нітрату свинцю з йодидом калію з утворенням йодиду і нітрату калію.

Pb (НІ₃)₂ + 2KI -> PbI₂ + 2KNO₃

В обох випадках реакція утворює осад (BaSO₄ та PbI₂) з двох розчинних реагентів, тому їх також групують за реакціями осадження.

Реакція горіння є екзотермічний окисно-відновний хімічна реакція, коли паливо реагує з киснем, утворюючи газоподібні продукти. Хоча це зазвичай ініціюється енергією, наприклад, запалюванням сірника для розпалення багаття, виділене тепло забезпечує енергію для підтримання реакції.

Повна реакція горіння відбувається, коли присутній надлишок кисню і дає переважно загальні оксиди, такі як вуглекислий газ та діоксид сірки. Для забезпечення повного згоряння присутній кисень повинен бути вдвічі або втричі більшим за теоретичну кількість, розраховану за допомогою стехіометрії. Повне згоряння вуглеводню може бути виражене у вигляді:

4С_хH_р + (4x + y) O₂ -> 4xCO₂ + 2yH₂O + тепло

При згорянні метану, який є насиченим вуглеводнем, виділяється значна кількість тепла (891 кДж / моль) і може бути узагальнено рівнянням наступним чином:

СН₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2Н₂O + тепло

Нафталін - ще один приклад вуглеводню, і його повне згоряння також утворює вуглекислий газ, воду та тепло.

C.₁₀H₈ + 12O₂ -> 10CO₂ + 4Н₂O + тепло

Спирти також можуть служити джерелом палива для згоряння, наприклад метанолу.

СН₃ОН + О₂ -> CO₂ + 2Н₂O + тепло

Неповне згоряння відбувається, коли недостатньо кисню для повноцінної реакції з паливом з утворенням вуглекислого газу та води. Такий приклад, коли метан спалюють у обмеженому запасі кисню, утворюючи комбінацію оксиду вуглецю, діоксиду вуглецю, золи та води. Це можна виразити рівняннями нижче, розташованими за кількістю присутнього кисню.

Мало кисню:

СН₄ + O₂ -> C + 2H₂О

Дещо кисню:

2CH₄ + 3O₂ -> 2CO + 4H₂О

Більше, але недостатньо кисню:

4CH₄ + 7O₂ -> 2CO + 2CO₂ + 8Н₂О

Занадто багато окису вуглецю може призвести до отруєння повітрям, оскільки він поєднується з гемоглобіном, утворюючи карбоксигемоглобін, і зменшує його здатність доставляти кисень. Тому важливо забезпечити повне згоряння палива для побутових та промислових потреб.

Кислотно-лужна реакція - це реакція між кислотою та основою, а вода - один із продуктів. Це особливий тип реакції подвійного переміщення (місця перемикання A та B), і ці приклади хімічних реакцій написані так:

HA + BOH -> BA + H₂О

Простий приклад кислотно-лужної реакції - це коли антацид (гідроксид кальцію) нейтралізує шлункову кислоту (соляну кислоту).

Ca (OH)₂ + 2HCl -> CaCl₂ + 2Н₂О

Інший приклад - реакція оцту (оцтової кислоти) з харчовою содою (бікарбонатом натрію). У цьому процесі утворюється вода та вуглекислий газ, але тепло не виділяється, тому це не реакція горіння.

СН₃COOH + NaHCO₃ -> СН₃COONa + H₂O + CO₂