Реакция обмена, замещения, соединения, разложения рассматриваются в курсе школьной программы. Проанализируем особенности каждого типа, приведем примеры взаимодействий.
Определение термина
Что собой представляет реакция соединения, примеры которой в общеобразовательных учреждениях рассматривают на первой ступени обучения? Для начала отметим, что сам термин «химическая реакция» в химии считается вторым по значимости.
В нашем мире каждую минуту протекает реакция соединения, уравнения которой знакомы нам, но мы о них даже не задумываемся.
Например, получение газированных напитков, сгорание дров - типичные примеры реакций соединения.
Данный процесс предполагает получение продуктов с определенным качественным и количественным составом из исходных химических веществ.
Признаки химических реакций
Любой процесс, в том числе и химическая реакция соединения, сопровождается определенными признаками:
- выделение света или тепла;
- изменение окраски раствора;
- выделение газообразного вещества;
- появление специфического запаха;
- растворение либо выпадение осадка.
Условия проведения реакций
В зависимости от особенностей качественного и количественного состава, химическая реакция соединения может протекать при разных условиях.
Например, взаимодействие вида 2Са + О2 = 2СаО (гашение извести) протекает без предварительного нагревания, сопровождается выделением существенного количества тепловой энергии.
Как правильно составляется реакция соединения? Уравнения подобных процессов предполагают написание в левой части исходных веществ, а в правой части составляется продукт реакции.
4Na + O2 = 2Na2O
Подобные процессы присущи органическим веществам. Так, качественной реакцией на непредельность (присутствие кратной связи) является реакция окисления исходного вещества перманганатом калия.
Сгорание дров
Данный процесс протекает по уравнению:
С + О2 = СО2
Это типичная реакция соединения, примеры которых уже были приведены выше. Какова суть данного процесса? При взаимодействии дров с кислородом, содержащимся в воздухе, происходит образование молекул углекислого газа. Процесс сопровождается образованием новой молекулы сложного соединения связи, является экзотермической реакцией.
Возможна ли между сложными веществами реакция соединения? Примеры взаимодействия с простыми веществами были рассмотрены выше, но данный тип характерен и для сложных веществ. Типичным вариантом подобного взаимодействия можно считать реакцию гашения извести.
СаО + Н2О = Са(ОН)2
Данный процесс также сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Среди специфических особенностей этого процесса отметим его самопроизвольность.
Классификация
По составу исходных веществ и продуктов реакции выделяется реакция соединения, разложения, замещения, обмена. Рассмотрим их примеры, а также приведем определения таких процессов.
Замещение - это замена атомами простого вещества части сложного соединения.
Присоединение - это процесс объединения нескольких простых либо сложных веществ в одно более сложное. Примеры подобных процессов можно привести из неорганической и органической химии.
2H2 + О2 = 2H2 O
Этот процесс происходит с выделением существенного количества тепла, поэтому возможен взрыв.
C2 H4 + H2 = C2 H6
При пропускании водорода через этилен, происходит разрыв двойной связи, образование предельного (насыщенного) углеводорода.
Разложение - это те химические реакции, в результате которых из одного сложного соединения образуется нескольких веществ, имеющих более простой качественный и количественный состав.
Реакции ионного обмена - это процессы, происходящие между сложными веществами, в результате которых происходит обмен составными частями.
Существует три условия протекания такого процесса: выделение газа, выпадение осадка, образование малодиссоциируемого вещества.
Данное взаимодействие называют этерификацией, так как конечный продукт взаимодействия является сложным эфиром. Условием протекания процесса в прямом направлении является введение в реакционную смесь концентрированной серной кислоты.
Деление по агрегатному состоянию взаимодействующих веществ
Все химические процессы классифицируют по данному признаку на гомогенные и гетерогенные взаимодействия. В первом случае исходные вещества и продукты взаимодействия находятся в одном агрегатном состоянии, а для гетерогенных видов допускается различное состояние.
Например, гомогенным процессом будет являться следующее взаимодействие:
H2(газ) + Cl2(газ) = 2HCl(газ)
В качестве гетерогенной реакции можно рассмотреть следующий вариант:
CaO(тв) + H2O(ж) = Ca(OH)2 (р-р)
По изменению степени окисления
Реакция соединения, формула которой была приведена выше (образование воды из простых веществ), является окислительно-восстановительным процессом. Суть процесса состоит в том, что происходит принятие и отдача электронов.
Среди реакций соединения есть и такие процессы, которые не сопровождаются изменением степеней окисления, то есть не являются ОВР:
СаО + Н2О = Са(ОН)2
По характеру протекания
В зависимости от того, может ли процесс протекать только в прямом направлении либо реакция происходит и в обратную сторону, в химии выделяют необратимые и обратимые взаимодействия.
Например, качественная реакция на органические соединения является необратимой, так как приводит к образованию нерастворимого либо газообразного вещества. Примером такого качественного взаимодействия будет реакция «серебряного зеркала», являющаяся качественным способом определения в смеси альдегидов.
Среди типичных вариантов обратимых реакций, которые способны протекать в двух взаимно обратных направлениях, отметим реакцию этерификации:
CO2 + H2O = H2CO3
По использованию катализатора
В некоторых случаях необходимо применять ускоритель (катализатор) для того, чтобы пошел химический процесс. Примером каталитического взаимодействия является процесс разложения перекиси водорода.
Особенности разбора ОВР
Среди тех вопросов, которые чаще всего вызывают затруднения у школьников, является расстановка коэффициентов в реакции с помощью метода электронного баланса. Начнем с того, что существуют определенные правила, согласно которым в каждом веществе можно определить степени окисления у отдельных элементов.
Независимо от того, простое или сложное вещество будет рассматриваться, сумма их должна быть равна нулю.
Следующим этапом будет выбор тех веществ или отдельных химических элементов, у которых поменялось значение степени окисления. Их выписывают отдельно, показывая знаками «плюс» либо «минус» количество принятых либо отданных электронов.
Между этими цифрами находят наименьшее число, при делении на которое числа принятых и отданных электронов будут получаться целые числа.
Полученные числа являются стереохимическими коэффициентами, расставляемыми в уравнении предложенного процесса. Важным этапом разбора окислительно-восстановительных реакций является определение окислителя и восстановителя, а также запись происходящих процессов. В качестве восстановителя выбирают те атомы или ионы, которые в ходе взаимодействия повысили свою степень окисления, для окислителя, напротив, характерно понижение этого показателя.
Предполагает ли в этом алгоритме какие-то изменения органическая химия? Реакция соединения, замещения, разложения, протекания с изменением степеней окисления, рассматривается по аналогичному алгоритму.
Есть определенные особенности в расстановке степеней окисления в органических соединениях, но их сумма также должна быть равна нулю.
В зависимости от того, как именно происходит изменение степеней окисления, выделяют несколько видов химических взаимодействий:
- диспропорционирование - связано с изменением степеней окисления у одного и того же элемента в большую и меньшую сторону;
- контрпропорционирование - предполагает взаимодействие восстановителя и окислителя, в составе которых один и тот же элемент, но в разных степенях окисления.
Заключение
В качестве небольшого итога отметим, что при взаимодействии веществ друг с другом происходят их изменения, превращения. Химические реакции являются превращениями одного либо нескольких реагентов в продукты, имеющие иной качественный и количественный состав.
Если в ядерных превращениях наблюдается изменение состава ядер атомов, то в случае химических реакций этого нет, происходит лишь перераспределение ядер и электронов, приводящее к появлению новых соединений.
Происходящие процессы могут сопровождаться выделением света, тепла, появлением запаха, выпадением осадка, образованием газообразных веществ.
Существует множество вариантов классификации органических и неорганических взаимодействий по разным признакам. Среди самых распространенных вариантов можно упомянуть изменение степеней окисления, агрегатное состояние, обратимость протекания, механизм проведения процесса, применение катализатора (ингибитора).
Химические реакции являются базой не только промышленного производства, но и основой жизни. Без обменных процессов, которые проходят в живых организмах, существование было бы невозможно.
