13 вида химични реакции (с примери)
Видовете химични реакции се основават на това, което се случва на молекулярно ниво; какви връзки са счупени и как те се свързват с атомите. Също така, той се взема предвид, ако видът спечели или загуби електрони; дори когато в повечето химични реакции това се случи.
Материята може да страда от безбройни химически реакции или трансформации, които поради техния дебел брой се нуждаят от определени критерии, за да ги разграничат един от друг. По този начин може да има термодинамични, кинетични, молекулярни или електронни характеристики.
Образуването на определени съединения включва серия от реакции. Например, патината (по-ниско изображение), която покрива предметите от бронз или мед, е продукт на окисляване на мед в присъствието на влага и въглеродна киселина; и следователно, той е съставен от меден карбонат, CuCO 3 и други соли на този метал.
Въглеродният диоксид се разтваря във водата, която намокря повърхността на медта, хидролизира се до въглеродна киселина. Вследствие на това рН става киселинно и спомага за окисляването на медта и образуването на сложна вода; които накрая взаимодействат и утаяват с карбонатните йони на средата.
По-долу обясняваме различните видове химични реакции, които съществуват.
Окисляване-редукция (редокс)
Окисляване на мед
В примера на патината протича окислителна реакция: металната мед губи електрони в присъствието на кислород, за да се трансформира в съответния оксид.
4Cu (s) + O 2 (g) => Cu 2 O (s)
Медният (I) оксид продължава да окислява до получаване на меден (II) оксид:
2Cu 2 O (s) + O 2 => 4CuO (s)
Този вид химическа реакция, при която видовете увеличават или намаляват техния брой (или състояние) на окисление, е известен като окисление и редукция (редокс).
Металната мед със степен на окисление 0, първо губи един електрон, а след това втората (тя се окислява), докато кислородът остава (намалява):
Cu => Cu + + e-
Cu + => Cu2 + + e-
O 2 + 2e- => 2O2-
Печалбата или загубата на електрони може да се определи чрез изчисляване на окислителните числа за атомите в химическите формули на получените им съединения.
За Cu 2 O е известно, че тъй като е оксид, ние имаме анион O2-, така че за да се поддържат неутрализирани зареждания, всеки от двата атома на мед трябва да има заряд от +1. Много подобен с CuO.
Медът, когато се окислява, придобива позитивни окислителни числа; и кислород, който трябва да се намали, отрицателни окислителни числа.
Желязо и кобалт
Допълнителни примери за редокс реакции са показани по-долу. Също така ще бъде направен кратък коментар и ще бъдат уточнени промените в окислителните числа.
FeCl2 + CoCl3 => FeCl3 + CoCl2
Ако се изчислят окислителните числа, ще се отбележи, че тези на Cl остават с постоянна стойност -1; не е така, с тези на Вярата и Ко.
На пръв поглед желязото се окислява, докато кобалтът се намалява. Как да знам? Защото желязото сега взаимодейства не с два Cl-аниона, а с три, а хлорният (неутрален) атом е по-електроотрицателен от желязото и кобалта. От друга страна, обратното се случва с кобалта: случва се да взаимодейства с три Cl- до две от тях.
Ако горното разсъждение не е ясно, тогава ще продължим да напишем химическите уравнения на нетния трансфер на електрони:
Fe2 + => Fe3 + + e-
Co3 + + e- = Co2 +
Следователно Fe2 + се окислява, докато Co3 + се намалява.
Йод и манган
6KMnO4 + 5KI + 18HCl => 6MnCl2 + 5KIO 3 + 6KCl + 9H2O
Химичното уравнение по-горе може да изглежда сложно, но не е така. Хлорът (Cl-) и кислородът (O2-) изпитват печалба или загуба на техните електрони. Йод и манган, да.
Като се имат предвид само съединенията с йод и манган имате:
KI => KIO 3 (окислително число: -1 до +5, губи шест електрона)
KMnO 4 => MnCl 2 (окислително число: +7 до +2, печели пет електрона)
Йодът се окислява, докато манганът се намалява. Как да знам без изчисляване? Тъй като йодът преминава от калий към взаимодействие с три кислорода (по-електроотрицателни); и манганът, от друга страна, губи взаимодействия с кислород, за да бъде с хлор (по-малко електроотрицателен).
KI не може да загуби шест електрона, ако KMnO 4 печели пет; затова броят на електроните трябва да бъде балансиран в уравнението:
5 (KI => KIO 3 + 6е-)
6 (KMnO4 + 5e- = MnCl2)
Това води до нетен трансфер на 30 електрона.
горене
Горенето е енергично и енергийно окисление, при което се отделят светлина и топлина. Обикновено, при този вид химическа реакция, кислородът участва като окислител или окислител; докато редукторът е горивото, което изгаря в края на сметката.
Там, където има пепел, имаше изгаряне. Те са съставени основно от въглища и метални оксиди; въпреки че логически неговият състав зависи от това какво е горивото. По-долу са дадени няколко примера:
C (s) + O 2 (g) => CO 2 (g)
2CO (g) + O 2 (g) => 2СО2 (g)
C3H8 (g) + 5O2 (g) => 3СО2 (g) + 4Н20 (g)
Всяко от тези уравнения съответства на пълно изгаряне; което означава, че цялото гориво реагира с излишък на кислород, за да гарантира пълната му трансформация.
По същия начин, трябва да се отбележи, че СО 2 и Н 2 О са газообразните продукти с мнозинство при изгаряне на въглеродни тела (като дърво, въглеводороди и животински тъкани). Неизбежно е да се образува част от алотропния въглерод, поради липсата на кислород, както и по-малко кислородни газове като CO и NO.
синтез
В горното изображение е показано просто изображение. Всеки триъгълник е съединение или атом, които се свързват, за да образуват едно съединение; два триъгълника образуват успоредник. Масите се увеличават и физическите и химичните свойства на продукта често са много различни от тези на неговите реагенти.
Например изгарянето на водород (което също е редокс реакция) води до образуване на водороден оксид или кислороден хидрид; по-известен като вода:
H 2 (g) + O 2 (g) => 2H 2 O (g)
Чрез смесване на двата газа, при висока температура, те изгарят, създавайки газообразна вода. Когато температурите се охлаждат, парите се кондензират, за да се получи течна вода. Няколко автори смятат тази синтезна реакция за една от възможните алтернативи за замяна на изкопаемите горива при получаването на енергия.
Връзките на HH и O = O са разбити, за да образуват две нови прости връзки: HOH. Водата, както е добре известно, е несравнимо вещество (извън романтичния смисъл) и неговите свойства са доста различни от газообразния водород и кислорода.
Йонни съединения
Образуването на йонни съединения от техните елементи също е пример за реакция на синтез. Един от най-простите е образуването на метални халогениди от групи 1 и 2. Например, синтеза на калциев бромид:
Ca (s) + Br 2 (l) => CaBr 2 (s)
Общото уравнение за този тип синтез е:
M (s) + X 2 => MX 2 (s)
координация
Когато образуваното съединение включва метален атом в електронна геометрия, то се казва, че е комплексен. При комплексите металите остават свързани с лигандите чрез слаби ковалентни връзки и се образуват от координационни реакции.
Например, имаме комплекса [Cr (NH3) 6 ] 3+. Това се образува, когато Cr3 + катионът е в присъствието на амонячните молекули, NH3, които действат като хромни лиганди:
Cr3 + + 6NH3 => [Cr (NH3) 6 ] 3+
По-долу е следният координационен октаедър около металния център на хрома:
Имайте предвид, че 3+ заряда на хрома не се неутрализира в комплекса. Цветът му е лилав и затова октаедърът е представен с този цвят.
Някои комплекси са по-интересни, както в случая с някои ензими, които координират железни, цинкови и калциеви атоми.
разлагане
Разлагането е противоположно на синтеза: съединението се разделя на един, два или три елемента или съединения.
Например, имаме следните три декомпозиции:
2HgO (s) => 2Hg (l) + O 2 (g)
2H 2 O 2 (l) => 2H 2 O (l) + O 2 (g)
H 2 CO 3 (ac) => CO 2 (g) + H 2 O (l)
HgO е червеникаво твърдо вещество, което при действието на топлината се разлага в метален живак, течност от черен цвят и кислород.
Водородният пероксид или водороден пероксид претърпява разлагане, като дава течна вода и кислород.
А въглена киселина, от друга страна, се разлага на въглероден диоксид и течна вода.
По-"сухото" разграждане е това, което се понася от метални карбонати:
СаСО 3 (s) => CaO (s) + CO 2 (g)
Вулкан от класа
Реакция на разлагане, която се използва в класовете по химия е термичното разлагане на амониев дихромат, (NH4) 2Cr2O7. Тази оранжева канцерогенна сол (така че трябва да се борави с изключителна грижа), изгаря, за да освободи много топлина и да произведе зелено твърдо вещество, хромов оксид, Cr 2 O 3 :
(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) => Cr 2 O 3 (s) + 4 H 2 O (g) + N 2 (g)
изместване
Реакциите на изместване са вид окислително-редукционна реакция, при която един елемент измества друг в съединение. Преместеният елемент завършва с намаляване или придобиване на електрони.
За опростяване на горното изображение е показано горното изображение. Кръговете представляват елемент. Отбелязва се, че зеленият зелен кръг измества синия цвят, оставайки отвън; но не само това, но синият кръг се намалява по време на процеса, а този на зеления лимон се окислява.
От водород
Например, следните химически уравнения се използват за обяснение на горното обяснение:
2Al (s) + 6HCl (ac) => AlCl 3 (ac) + 3H 2 (g)
Zr (s) + 2H 2 O (g) => ZrO 2 (s) + 2H 2 (g)
Zn (s) + H 2 SO 4 (ac) => ZnSO 4 (ac) + H 2 (g)
Какво е изместеният елемент за тези три химични реакции? Водород, който се редуцира до молекулен водород, Н2; преминава от окислително число от +1 на 0. Отбележете, че металите алуминий, цирконий и цинк могат да изместят водородите на киселините и водата; докато мед, нито сребро, нито злато, не може.
Метали и халогени
Също така имаме две допълнителни реакции на изместване:
Zn (s) + CuSO 4 (ac) => Cu (s) + ZnSO 4 (ac)
Cl 2 (g) + 2NaI (ac) => 2NaCl (ac) + I 2 (s)
При първата реакция цинкът измества по-малко активния меден метал; цинкът се окислява, докато медът се намалява.
Във втората реакция, от друга страна, хлорът, по-реактивен елемент от йода, измества последния в натриевата сол. Тук се случва обратното: най-реактивният елемент се намалява чрез окисляване на изместения елемент; следователно хлорът се редуцира чрез окисляване до йод.
Образуване на газ
В реакциите може да се види, че няколко от тях генерират газове и следователно влизат в този вид химична реакция. Аналогично, реакциите от предишния раздел, като реакцията на изместване на водород от активен метал, се считат за реакции на образуване на газ.
В допълнение към вече споменатите метални сулфиди, например, освобождават сероводород (който мирише на развалени яйца), когато се добавя солна киселина:
Na 2 S (s) + 2 HCl (ac) => 2 NaCl (ac) + H 2 S (g)
Метатеза или двойно изместване
В реакцията на метатезис или двойно изместване се случва промяна на двойки без електронни прехвърляния; не се счита за редокс реакция. Както е показано на изображението по-горе, зеленият кръг прекъсва тъмно синята връзка, за да се свърже със светлосиния кръг.
утаяване
Когато взаимодействията на една от двойките са достатъчно силни за преодоляване на солватиращия ефект на течността, се получава утайка. Следните химически уравнения представляват реакции на утаяване:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => СаСО 3 (s) + 2NaCl (ac)
В първата реакция Cl-замества NO3 - до образуване на сребърен хлорид, AgCl, който е бяла утайка. Във втората реакция, СОз 2- измества Cl- за утаяване на калциев карбонат.
Киселинна основа
Може би най-емблематичната реакция на метатезата е неутрализация на киселинната основа. Накрая, две киселинно-базични реакции са показани като примери:
HCl (ac) + NaOH (ac) => NaCl (ac) + H 2 O (1)
2HCl (aq) + Ba (OH) 2 (ac) => BaCl2 (ac) + 2H 2 O (1)
ОН- замества С1- образувайки вода и соли на хлориди.
