Содержание
Введение
1.Общее понятие о химической реакции
2. Классификация химических реакций
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Самое интересное в окружающем мире состоит в том, что он постоянно изменяется.
Понятие «химическая реакция» — второе главное понятие химии. Каждую секунду в мире происходит неисчислимое множество реакций, в результате которых одни вещества превращаются в другие. Некоторые реакции мы можем наблюдать непосредственно, например ржавление железных предметов, свертывание крови, сгорание автомобильного топлива.
В то же время, подавляющее большинство реакций остаются невидимыми, но именно они определяют свойства окружающего нас мира.
Для того, чтобы осознать свое место в мире и научиться им управлять, человек должен глубоко понять природу этих реакций и те законы, которым они подчиняются. Задача современной химии состоит в изучении функций веществ в сложных химических и биологических системах, анализе связи структуры вещества с его функциями и синтезе веществ с заданными функциями.
Итак, химических реакций протекающих вокруг человека очень много, они протекают постоянно. Что же необходимо сделать, чтобы не запутаться во всём многообразии химических реакций? Научиться их классифицировать и выявлять существенные признаки классов.
Цель данной работы: рассмотреть понятие «химическая реакция» и систематизировать и обобщить знания о классификации химических реакций.
Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 14 страниц.
1. Общее понятие о химической реакции
Химическая реакция — это превращение одних веществ в другие. Однако, такое определение нуждается в существенном дополнении.
Так, например, в ядерном реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие превращения химическими не называют. В чем же здесь дело? В ядерном реакторе происходят ядерные реакции. Они заключаются в том, что ядра элементов при столкновении с частицами высокой энергии (ими могут быть нейтроны, протоны и ядра иных элементов) — разбиваются на осколки, представляющие собой ядра других элементов. Возможно и слияние ядер между собой. Эти новые ядра затем получают электроны из окружающей среды и, таким образом, завершается образование двух или нескольких новых веществ. Все эти вещества являются какими-либо элементами Периодической системы. В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.
Таким образом, химическими реакциями называются явления, при которых одни вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества — с другим составом и другими свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.
Выделим признаки и условия химических реакций (рис.1, 2).
/>
Рисунок 1 – Признаки химических реакций
/>
Рисунок 2 – Условия проведения химических реакций
Рассмотрим типичную химическую реакцию: сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха (данную реакцию можно наблюдать дома, у кого есть газовая плита) на рисунке 3.
/>
Рисунок 3 — Сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха
Метан СН4 и кислород О2 реагируют между собой с образованием диоксида углерода СО2 и воды Н2О. При этом разрываются связи между атомами С и Н в молекуле метана и между атомами кислорода в молекуле О2. На их месте возникают новые связи между атомами С и О, Н и О.
На рисунке 3 хорошо видно, что для успешного осуществления реакции на однумолекулу метана надо взять двемолекулы кислорода. Однако записывать химическую реакцию с помощью рисунков молекул не слишком удобно, поэтому для записи химических реакций используют сокращенные формулы веществ — такая запись называется уравнением химической реакции.
/>
Рисунок 4 – Уравнение реакции
Уравнение химической реакциипоказанной на рисунке 3 выглядит следующим образом
CH4+2O2= CO2+ 2H2O
Количество атомов разных элементов в левой и правой частях уравнения одинаково. В левой части одинатом углерода в составе молекулы метана (СН4), и в правой — тот жеатом углерода мы находим в составе молекулы СО2. все четыреводородных атома из левой части уравнения мы обязательно найдем и в правой — в составе молекул воды.
В уравнении химической реакции для выравнивания количества одинаковых атомов в разных частях уравнения используются коэффициенты, которые записываются перед формулами веществ.
/>
Рассмотрим другую реакцию — превращение оксида кальция СаО (негашеной извести) в гидроксид кальция Са(ОН)2(гашеную известь) под действием воды (рис.5).
/>
Рисунок 5 — Оксид кальция СаО присоединяет молекулу воды Н2О
с образованием гидроксида кальция Са(ОН)2
В отличие от математических уравнений, в уравнениях химических реакций нельзя переставлять левую и правую части. Вещества в левой части уравнения химической реакции называются реагентами, а в правой — продуктами реакции.
Если сделать перестановку левой и правой части в уравнении из рисунка 5, то получим уравнение совсем другойхимической реакции
Ca(OH)2= CaO + H2O
Если реакция между СаО и Н2О (рис. 4) начинается самопроизвольно и идет с выделением большого количества теплоты, то для проведения последней реакции, где реагентом служит Са(ОН)2, требуется сильное нагревание. Добавим также, что реагентами и продуктами могут быть не обязательно молекулы, но и атомы — если в реакции участвует какой-нибудь элемент или элементы в чистом виде, например
H2+ CuO = Cu + H2O
Таким образом, мы подошли к классификации химических реакций, которую рассмотрим в следующей главе.
2.Классификация химических реакций
В процессе изучения химии приходится встречаться с классификациями химических реакций по различным признакам (табл.1).
Таблица 1 — Классификация химических реакций
По
тепловому эффекту
Экзотермические – протекают с выделением энергии
4Р + 5О2 = 2Р2О5 + Q; CH4 + 2О2 → СО2 + 2H2O + Q
Эндотермические – протекают с поглощением энергии
Cu(OH)2/>CuO + H2O – Q; C8H18/>C8H16 + H2– Q
По
числу и составу исходных и
образовавшихся веществ
Реакции разложения – из одного сложного вещества образуется несколько более простых:
СаСО3 /> СаО + СО2C2H5OH → C2H4 + H2O
Реакции соединения – из нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное: 2H2 + О2 → 2H2O C2H4 + H2 → C2H6
Реакции замещения– атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе:
Zn+ 2HCl= ZnCl2 + H2↑ CH4 + Cl2 → CH3Cl+ HCl
Реакции обмена– два сложных вещества обмениваются составными частями: AgNO3+ HCl= AgCl↓ + HNO3
HCOOH + CH3OH →HCOOCH3+ H2O
По
агрегатному состоянию реагирующих веществ
Гетерогенные – исходные вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях:
Fe(т) + CuCl2(р-р) → Cu(т) + FeCl2(р-р)
2Na(т) + 2C2H5OH(ж) → 2C2H5ONa(р-р) + H2(г) ↑
Гомогенные – исходные вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии: H2(г) + Cl2(г) =2HCl(г)
C2H5OH(ж)+ CH3COOH(ж)→ CH3COOC2H5(ж)+ H2O(ж)
По
наличию катализатора
Каталитические 2H2O2/> 2H2O + О2↑ C2H4 + H2 />C2H4
Некаталитические S + О2/>SO2C2H2 + 2Cl2 → C2H2Cl4
По
направлению
Необратимые – протекают в данных условиях только в одном направлении: H2SO4 + BaCl2 → BaSO4+ 2HCl
CH4 + 2О2 → СО2 + 2H2O
Обратимые – протекают в данных условиях одновременно в двух противоположных направлениях:
3H2+ N2↔ 2NH3; C2H4 + H2↔ C2H6
По
изменению степени окисления атомов элементов
Окислительно-восстановительные – реакции, идущие с изменением степени окисления: Fe0+ 2H+1Cl-1 → Fe2+Cl2-1+ H20
H+1C0O-2H+1+ H2→C-2H3+1O-2H+1
Неокислительно-восстановительные – реакции, идущие без изменения степени окисления: S+4O4-2 + H2O → H2+S+4O4-2
CH3NH2+ HCl → (CH3NH3)Cl --PAGE_BREAK--
Как видим, существует различные способы классификации химических реакций, из которых более подробно мы рассмотрим следующие.
По признаку изменения числа исходных и конечных веществ. Здесь можно найти 4 типа химических реакций (рис.6): реакции соединения, реакции разложения, реакции обмена, реакции замещения.
/>
Рисунок 6 – Классификация химических реакций по признаку изменения числа исходных и конечных веществ
Приведем примеры таких реакций. Для этого воспользуемся уравнением получения гашеной извести и уравнению получения негашеной извести
СаО + Н2О = Са(ОН)2
Са(ОН)2= СаО + Н2О
Эти реакции относятся к разным типам химических реакций.
Первая реакция является типичной реакцией соединения, поскольку при ее протекании две молекулы реагентов СаО и Н2О соединяются в одну, более сложную молекулу Са(ОН)2.
Вторая реакция Са(ОН)2 = СаО + Н2О является типичной реакцией разложения: здесь реагент Ca(OH)2 разлагается с образованием двух других, более простых веществ (продуктов реакции).
В реакциях обмена количество реагентов и продуктов обычно одинаково. В таких реакциях исходные вещества обмениваются между собой атомами и даже целыми составными частями своих молекул. Например, при сливании раствора CaBr2 с раствором HF выпадает осадок. Происходит реакция, в которой ионы кальция и водорода обмениваются между собой ионами брома и фтора
CaBr2+ 2HF = CaF2¯ + 2HBr
При сливании растворов CaCl2 и Na2CO3 тоже выпадает осадок, потому что ионы кальция и натрия обмениваются между собой частицами CO32- и Cl–
CaCl2+ Na2CO3= CaCO3¯ + 2NaCl
Стрелка рядом с продуктом реакции показывает, что это соединение нерастворимо и выпадает в осадок. Таким образом, стрелку можно использовать и для обозначения удаления какого-нибудь продукта из химической реакции в виде осадка (¯ ) или газа ( ), например:
Zn + 2HCl = H2 + ZnCl2
Последняя реакция относится к еще одному типу химических реакций — реакциям замещения. Цинк заместил водород в его соединении с хлором — в HCl. Водород при этом выделяется в виде газа.
Реакции замещения внешне могут быть похожи на реакции обмена. Отличие заключается в том, что в реакциях замещения обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе, например
2NaBr + Cl2= 2NaCl + Br2– это реакция замещения;
в левой части уравнения есть простое вещество-молекула хлора Cl2, и в правой части есть простое вещество – молекула брома Br2.
В реакциях обмена — и реагенты и продукты являются сложными веществами, например
CaCl2+ Na2CO3= CaCO3¯ + 2NaCl – это реакция обмена;
в этом уравнении реагенты и продукты — сложные вещества.
Деление всех химических реакций на реакции соединения, разложения, замещения и обмена — не единственное.
Рассмотрим способ классификации по признаку изменения (или отсутствия изменения) степеней окисления у реагентов и продуктов. По этому признаку все реакции делятся на окислительно-восстановительные реакции и все прочие (т.е. не окислительно-восстановительные).
/>
Рисунок 7 – Реакции с изменением степени окисления элементов
Так, рассмотренная выше реакция между Zn и HCl является не только реакцией замещения, но и окислительно-восстановительной реакцией, потому что в ней изменяются степени окисления реагирующих веществ
Zn+ 2H+1Cl = H2+ Zn+2Cl2
это реакция замещения и одновременно окислительно-восстановительная реакция.
Окислительно-восстановительными являются также:
— реакции метана с кислородом (рис. 1):
/>
меняют степень окисления углерод и кислород;
— реакция оксида меди с водородом:
/>
меняют степень окисления водород и медь;
— реакция бромида натрия с хлором:
/>
меняют степень окисления бром и хлор.
Важно также отметить, что по разным признакам одна и та же реакция может быть отнесена одновременно к нескольким типам, например
/>
— эта реакция относится к реакциям: соединения, экзотермическим, окислительно-восстановительным, каталитическим и обратимым.
К окислительно-восстановительным в неорганической химии относятся все реакции замещения и те реакции разложения и соединения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.
В более обобщенном варианте (уже с учетом и органической химии): все реакции с участием простых веществ, и наоборот, к реакциям, идущим без изменения степеней окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции, относятся все реакции обмена.
К окислительно-восстановительным относятся подавляющее большинство химических реакций, они играют исключительно важную роль.
Классификация окислительно-восстановительных реакций
Межмолекулярные (окислитель и восстановитель — разные вещества):
/>
Внутримолекулярные (окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же вещества):
/>
Диспропорционирование [дисмутация] (степень окисления одного и того же элемента и повышается и понижается):
/>
Контрпропорционирование [конмутация] (взаимодействие окислителя и восстановителя, в состав которых входит один и тот же элемент в разных степенях окисления):
/>
Продуктом является вещество с элементом в промежуточной степени окисления.
Таким образом, мы узнали, что такое химическая реакция, выявили признаки химических реакций, сформировали представления о причинах и условия протекания химических реакций и систематизировали и обобщили представление о классификации химических реакций.
Заключение
Завершая работу, кратко отметим следующее.
Вещества, взаимодействуя друг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям.
Химическая реакция — это превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции).
В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.
Химическиереакциимогут сопровождатьсявыделением тепла, испусканием света, изменением агрегатного состояния веществ, появлением запаха, образованием газа и т.п.
Для описания химическихреакцийиспользуют химические уравнения, в левой части которых указывают исходные вещества, в правой — продукты.
Обе части уравнения соединены знаком равенства (в этом случае кол-во атомов хим. элементов справа и слева должно быть уравнено с помощью стехиометрического коэффициента, стрелкой (в случае необратимых хим. превращений) или прямой и обратной стрелками (для обратимых реакций).
Химические реакциимогут осуществляться как один элементарный акт (стадия) (простые реакции) или через последовательность отдельных стадий (сложные реакции), составляющих в совокупности механизм реакции.
Существуют различные системы классификации химических реакций.
Наиболее широко используют следующую классификацию:
а) по числу и составу исходных веществ и продуктов, которые подразделяют на:
реакции соединения — реакции, при которых из двух или нескольких веществ образуется одно новое вещество:
реакции разложения — реакции, в результате которых из одного вещества образуется несколько новых веществ:
реакции замещения — реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают в молекулах других веществ:
реакции обмена — реакции, в результате которых два вещества обмениваются атомами или группировками атомов, образуя два новых вещества:
б) выделение или поглощение теплоты: подразделяются на экзотермические и эндотермические. Выделение или поглощение энергии может быть обозначено в уравнении реакции соответственно знаком +Q или -Q.
Реакции разложения обычно протекают с поглощением энергии, а присоединения — с выделением энергии.
в) изменение степени окисления химических элементов: реакции, в результате которых некоторые элементы, входящие в состав исходных веществ и продуктов, меняют свои степени окисления.
г) наличие или отсутствие катализатора. Реакции, идущие с участием катализаторов, называются каталитическими. Не все реакции нуждаются в катализаторах, но многие без катализаторов практически идти не могут.
д) обратимость реакций: делят на обратимые и необратимые.
реакции, протекающие в двух противоположных направлениях, называются обратимыми,
реакции, протекающие только в одном направлении — необратимыми.
Признаками необратимости реакций в растворах является образование малодиссоциирующего вещества (осадка, газа или воды).
Кроме того, одна и та же реакция по разным признакам может быть отнесена одновременно к нескольким типам.
Список используемой литературы
Габриелян О.С. Химия. 11 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений / О.С.Габриелян. — М.: Дрофа.- 304 с.
Иванова Р.Г. Химия. Учебник для 10 кл. общеобразовательных учреждений / Р.Г.Иванова, А.А.Каверина. – М.: Просвещение, 2001. – 287 с.
Кузнецова Н.Е. Химия. Учебник. 8 класс / Н.Е.Кузнецова, И.М.Титова, Н.Н.Гара, А.Ю.ЖегинМ.: Вентана-Граф, 2005. – 224 с.
Мануйлов А.В. Основы химии. Электронный учебник / А.В.Мануйлов, В.И.Родионов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.hemi.nsu.ru/
Химия. 8-9 класс: Поурочные планы / Авт. сост. С.Ю.Дибленко, Е.А.Смирнова, С.М.Колмыкова. – Волгоград: Учитель, 2005. – 169 с.