Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.4: Закономірності хімічних реакцій

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    25371

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Загальні види хімічних реакцій

    Існує кілька способів класифікації хімічних реакцій. Загальні типи хімічних реакцій відносяться до категорій реакцій поєднання, розкладання, заміщення і горіння, як показано на рис. 4.4.1.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Ілюстрація чотирьох основних закономірностей хімічних реакцій: поєднання, розкладання, одинарна і подвійна заміна, і реакції горіння. Джерело: https://www.hiclipart.com/free-trans...dunqu/download

    Комбіновані реакції

    З'єднання синтезується або утворюється з двох або більше речовин, наприклад:

    \[\ce{C + O2 -> CO2}\nonumber\]

    \[\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\nonumber\]

    \[\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}\nonumber\]

    \[\ce{2Na + Cl2 -> 2NaCl}\nonumber\]

    \[\ce{CaO + CO2 -> CaCO3}\nonumber\]

    На рис. 4.4.2 наведено приклад комбінаційної реакції водню з киснем, яка розробляється для використання в якості палива в майбутньому.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Берлінський громадський автобус, що використовує водень як паливо в двигуні внутрішнього згоряння (ДВС). Водень зберігається в десяти циліндрах під тиском 50 кг водню при 350 бар. Реакція:\ {\ ce {2H2+ O2 -> 2H2O}\) + тепло. Джерело: Стралсундбюзантіон/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

    Реакції розкладання

    Реакції розкладання є зворотним реакцією комбінації, тобто одна сполука розщеплюється на дві або більше речовин, як правило, нагріванням, наприклад:

    \[\ce{H2CO3 -> H2O + CO2}\nonumber\]

    \[\ce{CaCO3 ->[\Delta] CaO + CO2}\nonumber\]

    \[\ce{2KClO3 ->[\Delta] 2KCl + 3O2}\nonumber\]

    \[\ce{2H2O (l) ->[Electrolyisis] 2H2(g) + O2(g)}\nonumber\]

    Рис. 4.4.3 ілюструє останню реакцію, тобто розкладання води за допомогою електролізу.

    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Розпад води за допомогою електролізу\(\ce{2H2O (l) ->[Electrolyisis] 2H2(g) + O2(g)}\). Джерело: OpenStax/CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

    Реакції заміни або заміщення

    Існує два підкласи цієї категорії реакцій, тобто реакція одноразового заміщення і подвійна заміщення.

    Поодинокі реакції заміщення включають одну речовину, що замінює частину іншої, наприклад:

    \[\ce{Zn(s) + CuCl2(aq) -> ZnCl2(aq) + Cu(s)}\nonumber\]

    \[\ce{2Al(s) + 6HCl(aq) -> AlCl3(aq) + 3H2(g)}\nonumber\]

    На рис. 4.4.4 наведено приклад однієї реакції заміщення магнію, що призводить до утворення водню.

    clipboard_e01631383bfb6f01a91c36a5c2ebbd367.png
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Одноразова реакція заміщення магнію соляною кислотою, що виробляє водневий газ:\(\ce{Mg(s) + 2HCl(aq) -> MgCl(aq) + H2(g)^}\). Джерело: взято з НКЦСМ онлайн відео YouTube, 18.05.20, https://www.youtube.com/watch?v=OBdgeJFzSec

    Реакції подвійного заміщення або метатез передбачають взаємний обмін партнерами між двома речовинами, наприклад, такі реакції опадів:

    \[\ce{NaCl(aq) + AgNO3(aq) -> AgCl(s)(v) + NaNO3(aq)}\nonumber\]

    \[\ce{Na2CO3(aq) + CaCl2(aq) -> CaCO3(s)(v) + 2NaCl(aq)}\nonumber\]

    Реакції горіння

    Горіння - це реакція речовини з киснем, часто з утворенням полум'я і виділенням великої кількості тепла, наприклад:

    \[\ce{C8H16 + 12O2 -> 8CO2 + 8H2O + Heat}\nonumber\]

    \[\ce{C + O2 -> CO2 + Heat}\nonumber\]

    \[\ce{2H2 + O2 -> 2H2O + Heat}\nonumber\]

    \[\ce{2Mg + O2 -> 2MgO + Heat}\nonumber\]

    На рис. 4.4.5 показана вищевказана реакція, тобто згоряння Mg в повітрі.

    clipboard_ee7bbd7b6bea40765c7b8e8af036d9f0d.png
    Малюнок\(\PageIndex{5}\): Зображення запаленого магнію, що горить у повітрі в нормальних умовах. Янніккоста1, CC BY SA3, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magburn1.jpg

    Зазвичай горіння розглядається як реакція речовини, що містить вуглець і водень, з киснем, в результаті чого вуглекислий газ, вода, полум'я і тепло, наприклад, спалювання метану на кухонній плиті:

    \[\ce{CH4 + 3O2 -> CO2 + 2H2O + Heat}\nonumber\]

    Класифікація хімічної реакції

    Хімічні реакції, як правило, класифікуються на основі того, що обмінюється під час реакції. До них відносяться;

    1. перенесення електронів в окислювально-відновних реакціях,
    2. перенесення протонів в кислотно-лужних реакціях,
    3. частина реагентів взаємно обмінюється в реакціях опадів, як описано нижче.

    Окислювально-відновні реакції

    Окислювально-відновна або окислювально-відновна реакція передбачає обмін електронами. Наприклад, реакції між металом і неметалом передбачають перенесення електронів від металу до неметалу, що утворюють іонний зв'язок, як показано на рис.4.4.6.

    Окислювально-відновна реакція
    Рисунок\(\PageIndex{6}\): Ілюстрація перенесення електронів в окислювально-відновній реакції:\(\ce{Na + Cl -> Na^+ + Cl^-}\)

    Кислотно-лужні реакції

    Кислотно-лужні реакції передбачають перенесення протонів з кислоти в основу, як показано на рис.4.4.7.

    Малюнок\(\PageIndex{7}\): Перенесення протонів від HCl до NH 3 є прикладом кислотно-лужної реакції:\(\ce{HCl + NH3 -> NH4Cl}\). Соляна кислота (в склянці) вступає в реакцію з парами аміаку з утворенням хлориду амонію (білого диму). Джерело:
    Walkerma, Суспільне надбання

    Реакції опадів

    Це реакції подвійного витіснення у воді, що призводить до осадження одного з продуктів, як показано на рис.4.4.8.

    clipboard_e28b167177654328c85af4df220d4951d.png
    Малюнок\(\PageIndex{8}\): йодид свинцю (II) випадає в осад, коли йодид калію змішується з нітратом свинцю (II):\(\ce{Pb(NO3)2(aq) + 2NaI(aq) -> 2NaNO3(aq) + PbI2(s)(v)}\). Джерело: Пхейні /CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

    Реакції опадів і кислотно-лужні реакції описані в наступних розділах. Окислювально-відновні реакції розглянуті в наступному розділі.