Реакции разложения играют большую роль в жизни планеты. Ведь именно они способствуют уничтожению отходов жизнедеятельности всех биологических организмов. Кроме того, этот процесс ежедневно помогает человеческому телу усваивать различные сложные соединения путем расщепления их на простые (катаболизм). Помимо всего перечисленного, данная реакция способствует образованию простых органических и неорганических веществ из сложных. Давайте узнаем больше об этом процессе, а также рассмотрим практические примеры химической реакции разложения.
Что называется реакциями в химии, какие виды их бывают и от чего они зависят
Прежде чем изучить информацию о разложении, стоит узнать о химических процессах в целом. Под этим названием подразумевается способность молекул одних веществ взаимодействовать с другими и образовывать таким способом новые соединения.
К примеру, если между собою провзаимодействуют кислород и две молекулы водорода, в результате получится две молекулы оксида гидрогена, который мы все знаем под названием вода. Данный процесс можно записать с помощью такого химического уравнения: 2Н2↑ + О2↑ → 2Н2О.
Хотя существуют разные критерии, по которым различают химические реакции (тепловой эффект, катализаторы, наличие/отсутствие границ раздела фаз, изменение степеней окисления реагентов, обратимость/необратимость), чаще всего их классифицируют по типу превращения взаимодействующих веществ.
Таким образом, выделяется четыре вида химических процессов.
- Соединение.
- Разложение.
- Обмен.
- Замещение.
Все вышеперечисленные реакции графически записываются с помощью уравнений. Общая их схема выглядит таким образом: А → Б.
В левой части этой формулы находятся исходные реагенты, а в правой – вещества, образующиеся вследствие реакции. Как правило, для ее начала необходимо воздействие температурой, электричеством или использование катализирующих добавок. Их наличие также должно указываться в химическом уравнении.
Что такое реакция разложения (расщепления)
Для этого вида химического процесса характерно образование двух и больше новых соединений из молекул одного вещества.
Говоря более простым языком, реакцию разложения можно сравнить с домиком из конструктора. Решив построить машинку и кораблик, ребенок разбирает начальное строение и из его деталей сооружает желаемое. При этом структура самих элементов конструктора не меняется, так же как это происходит с атомами вещества, участвующего в расщеплении.
Как выглядит уравнение рассматриваемой реакции
Несмотря на то, что на разъединение сложного вещества на более простые составляющие способны сотни соединений, все подобные процессы происходят по одному принципу. Изобразить его можно с помощью схематической формулы: АБВ → А+Б+В.
В ней АБВ – это начальное соединение, подвергшееся расщеплению. А, Б и В – это вещества, образованные из атомов АБВ в процессе реакции разложения.
Виды реакций расщепления
Как уже было сказано выше, чтобы начать какой-то химический процесс, часто необходимо оказать определенное воздействие на реагенты. В зависимости от типа подобной стимуляции, выделяют несколько видов разложения:
- Биорасщепление (биологическое разложение). Его суть - в распаде более сложных соединений на простые под воздействием живых организмов (микроорганизмов). Иллюстрацией данного процесса может быть гниение или разложение мусора.
- Термолизом называется расщепление веществ под воздействием высоких температур. У этого вида есть подвид – пиролиз. При реакции разложения такого вида для ее проведения вещества не только подогревают, но и лишают доступа кислорода и других окислителей к ним.
- Электролизом именуется расщепление соединений с помощью электрического тока.
- Радиолиз – распад вещества под воздействием ионизирующего излучения. Кстати, этот процесс активно используется в лучевой терапии.
- Сольволиз – данную реакцию можно считать рубежной между разложением и обменом (АБ + ВГ → АГ + БВ ). Хотя она и приводит к расщеплению сложных соединений на простые под влиянием растворителя, но при этом высвобожденные атомы исходного реагента взаимодействуют не только между собою, но и с катализатором. В зависимости от его сущности выделяются три подвида сольволиза: алкоголиз (спирты - ROH), гидролиз (вода - Н2О) и аммонолиз (аммиак - NH3).
Реакция разложения перманганата калия (KMnO4)
Разобравшись с теорией, стоит рассмотреть практические примеры процесса расщепления веществ.
Первым из них станет распад KMnO4 (в простонародье именуется марганцовкой) вследствие нагревания. Уравнение реакции разложения перманганата калия выглядит таким образом: 2KMnO4 (t 200°С) → K2MnO4 + MnO2 + O2↑.
Из представленной химической формулы видно, что для активации процесса необходимо нагреть исходный реагент до 200 градусов по Цельсию. Для лучшего протекания реакции марганцовку помещают в вакуумный сосуд. Из этого можно сделать вывод, что данный процесс является пиролизом.
В лабораториях и на производстве он проводится для получения чистого и контролируемого кислорода.
Термолиз хлората калия (KClO3)
Реакция разложения бертолетовой соли - это еще один пример классического термолиза в чистом виде.
Проходит упоминаемый процесс в два этапа и выглядит таким образом:
- 2 KClO3 (t 400 °С) → 3KClO4 + KCl.
- KClO4 (t от 550 °С) → KCl + 2О2
Также термолиз хлората калия можно провести и при более низких температурах (до 200 °С) в один этап, но для этого нужно, чтобы в реакции приняли участие катализирующие вещества – оксиды различных металлов (купрум, ферум, манган и т. п.).
Уравнение такого рода будет выглядеть таким образом: 2KClO3 (t 150 °С , MnO2) → KCl + 2О2.
Как и перманганат калия, бертолетова соль используется в лабораториях и промышленности для получения чистого кислорода.
Электролиз и радиолиз воды (Н20)
Еще одним интересным практическим примером рассматриваемой реакции будет разложение воды. Его можно произвести двумя способами:
- Под воздействием на оксид гидрогена электрического тока: Н2О → Н2↑ + О2↑. Рассматриваемый способ получения кислорода используют подводники на своих субмаринах. Также в будущем его планируют употреблять для получения водорода в больших количествах. Главным препятствием для этого сегодня являются огромные энергетические затраты, необходимые для стимуляции реакции. Когда будет найден способ их минимизировать, электролиз воды станет основным способом производства не только водорода, но и кислорода.
- Расщепить воду можно и при воздействии на нее альфа-излучением: Н2О → Н2О++е-. В результате этого молекула оксида гидрогена теряет один электрон, ионизируясь. В таком виде Н2О+ снова вступает в реакцию с другими нейтральными молекулами воды, образуя высокореактивный гидроксид-радикал: Н2О+ Н2О+→ Н2О + ОН. Потерянный электрон, в свою очередь, также параллельно реагирует с нейтральными молекулами оксида гидрогена, способствуя их распаду на радикалы Н и ОН: Н2О + е-→ Н + ОН.
Расщепление алканов: метан
Рассматривая различные способы разъединения сложных веществ, стоит уделить особое внимание реакции разложения алканов.
Под этим названием скрываются предельные углеводороды с общей формулой СХН2Х+2. В молекулах рассматриваемых веществ все атомы карбона соединены одинарными связями.
Представители этого ряда встречаются в природе во всех трех агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое тело).
Все алканы (реакция разложения представителей этого ряда - ниже) легче воды и не растворяются в ней. При этом они сами являются отличными растворителями для других соединений.
Среди основных химических свойств таких веществ (горение, замещение, галогенирование, дегидрирование) - и способность расщепляться. Однако данный процесс может происходить как полностью, так и частично.
Вышеупомянутое свойство можно рассмотреть на примере реакции разложения метана (первый член алканового ряда). Этот термолиз происходит при 1000 °С: СН4↑ → С+2Н2↑.
Однако если проводить реакцию разложения метана при более высокой температуре (1500 °С), а потом резко снизить ее, этот газ расщепится не полностью, образуя этилен и водород: 2СН4↑ → C2H4↑ + 3H2↑.
Разложение этана
Второй член рассматриваемого алканового ряда - это С2Н4 (этан). Реакция разложения его происходит также под воздействием высокой температуры (50 °С) и при полном отсутствии кислорода или других окислителей. Выглядит она следующим образом: C2H6↑ → C2H4↑ + H2↑. 
Представленное выше уравнение реакции разложения этана до водорода и этилена нельзя считать пиролизом в чистом виде. Дело в том, что данный процесс происходит с присутствием катализатора (например, металла никеля Ni или водяного пара), а это противоречит определению пиролиза. Поэтому о представленном выше примере расщепления корректно говорить как о процессе разложения, происходящем при пиролизе.
Стоит отметить, что рассмотренная реакция в промышленности широко используется для получения самого производимого органического соединение в мире – газа этилена. Однако из-за взрывоопасности C2H6 чаще этот простейший алкен синтезируют из других веществ.
Рассмотрев определения, уравнение, виды и различные примеры реакции разложения, можно сделать вывод, что она играет очень большую роль не только для человеческого организма и природы, но и для промышленности. Также с ее помощью в лабораториях удается синтезировать многие полезные вещества, что помогает ученым проводить важных химические исследования.
