Хімічна реакція

Явища, під час яких одні речовини перетворюються на інші, називають хімічними явищами або хімічними реакціями. Існує кілька способів запису хімічної реакції. Це може бути схема реакції:

Якщо стрілку замінити на знак дорівнює після перевірки коефіцієнтів,то одержимо хімічне рівняння:

У лівій частині рівняння записують формули реагентів, а в правій — формули продуктів.

Загальна маса речовин, які вступають у хімічну реакцію, дорівнює загальній масі речовин, що утворюються в результаті реакції.

Закон збереження маси мав дуже велике значення для становлення атомно-молекулярного вчення, тому що він доводив те, що під час хімічних реакцій атоми не зникають і не з’являються з нічого. Число атомів і маса кожного атома не змінюються, тому загальна маса речовин так само не змінюється.

Так, у реакції спалювання метану в кисні:

співвідношення об’ємів газів є таким:

Легко побачити, що співвідношення об’ємів газів дорівнює співвідношенню стехіометричних коефіцієнтів у рівнянні реакції. Звичайно ж, для виконання цього закону об’єми газів слід вимірювати в однакових умовах.

Реакція сполучення — реакція, внаслідок якої з кількох речовин із відносно простим складом утворюється одна велика речовина з більш складною структурою.

Реакції розкладу призводять до утворення кількох речовин з однієї складної речовини:

У реакціях заміщення атом одного елемента заміщає атом або групу атомів у складній сполуці:

До реакцій обміну належать реакції, в яких дві сполуки обмінюються своїми складовими частинами (атомами або групами атомів).

Це найпоширеніша група реакцій між складними речовинами, зокрема між кислотами, основами та оксидами.

Класифікації за можливістю протікання реакції в прямому й зворотному напрямках

Оборотними називають реакції, продукти яких здатні реагувати один з одним у тих самих умовах, у яких вони отримані, з утворенням вихідних речовин. Наприклад, при нагріванні йодоводню до температури 500 °С 24% його розпадається на йод та водень:

Якщо ж у тому самому просторі нагріти однакові кількості йоду й водню до 500 °С, то 76 % їх сполучаються й утворюють йодоводень:

Для оборотних реакцій у рівнянні прийнято записувати замість знака рівності двонаправлену стрілку. Цим підкреслюють, що в тих самих умовах проходить як пряма реакція, так і оборотна.

Необоротними називають такі хімічні процеси, продукти яких не здатні реагувати один з одним з утворенням вихідних речовин. Прикладами необоротних реакцій можуть слугувати реакції розкладу калій перманганату при нагріванні:

Органічні реакції в більшості випадків є оборотними, на відміну від неорганічних.

Класифікація за тепловим ефектом

За тепловим ефектом реакції належать або до екзотермічних (реакції з виділенням теплоти) або до ендотермічних (реакції з поглинанням теплоти).

Тепловий ефект хімічної реакції. Термохімічні рівняння

Швидкість хімічної реакції

Кожна реакція має певну швидкість. Швидкість хімічної реакції позначають малою латинською літерою υ. Її оцінюють на підставі зміни числа частинок речовини ( Δ N) реагенту або продукту за одиницю часу. Для визначення швидкості реакції визначають зміну кількості речовини ( Δ n) продукту реакції або реагенту в певному об’ємі реакційної суміші (V):

Відношення 

.

Вплив концентрації реагенту на швидкість реакції

Збільшення концентрації реагенту означає зростання кількості речовини реагенту в одиниці об’єму реакційної суміші, а значить — і числа його частинок. Збільшується число зіткнень цих частинок із частинками іншого реагенту, а це призводить до зростання швидкості реакції. Упродовж хімічної реакції реагент поступово витрачається, його концентрація зменшується. Тому згодом зменшується й швидкість реакції.

Вплив температури на швидкість реакції

З підвищенням температури швидкість реакції завжди збільшується. При підвищенні температури збільшується швидкість руху частинок рідкої, газуватої речовини або амплітуда їхніх коливань у твердій речовині. Це призводить до збільшення частоти зіткнень частинок реагентів, а значить і до зростання швидкості реакції.

Залежність швидкості реакції від температури описує правило Вант-Гофа: швидкість більшості реакцій при підвищенні температури на кожні 10 градусів зростає у 2—4 рази (залежно від конкретної реакції).

У цьому рівнянні число «Y» називають коефіцієнтом Вант-Гофа, або температурним коефіцієнтом реакції. Залежно від реакції температурний коефіцієнт набуває значень від 2 до 4.

Залежність швидкості реакції від ступеня подрібнення реагентів

Зі збільшенням площі поверхні стикання частинки реагентів частіше зіштовхуються одна з одною, а значить швидкість реакції збільшується. Збільшити площу стикання реагентів можна за допомогою збільшення ступеня подрібнення речовин. Отже, чим краще подрібнені речовини, тим більша швидкість реакції між ними.

Каталіз і каталізатори

Існують речовини, які здатні самою своєю присутністю в реактивній суміші змінювати швидкість хімічної реакції. Причому ці речовини в ході реакції самі не змінюються. Такі речовини називають каталізаторами, а саме явище зміни швидкості реакції в присутності речовини, яка після реакції залишається незмінною,— каталізом.

Під дією каталізаторів швидкість реакції може й уповільнюватися. Таку дію називають негативним каталізом, а каталізатори — «інгібіторами». Інгібітори використовують для того, щоб сповільнити швидкість небажаних реакцій, на приклад для поліпшення схоронності при тривалому зберіганні нестійких речовин (реактивів, ліків тощо).

Окисно-відновні реакції

2) Реакції, що протікають зі зміною ступеня окиснення всіх або деяких (або навіть одного) елементів, наприклад:

Окиснення — це процес віддачі електронів атомом, йоном або молекулою. Якщо атом віддає електрон, то він здобуває позитивний заряд:

Якщо негативно заряджена частинка віддає електрон, то вона може перетворюватися в нейтральний атом або позитивно заряджену частинку:

Якщо ж позитивно заряджена частинка віддає електрони, то вона збільшує свій позитивний заряд:

Відновлення — це процес прийому електронів атомом, йоном або молекулою. Якщо нейтральний атом приймає електрони, то він перетворюється в негативно заряджену частинку:

Якщо позитивно заряджена частинка приймає електрони, то вона зменшує свій позитивний заряд і залежно від числа прийнятих електронів може перетворитися в позитивно заряджену частинку з меншим позитивним зарядом, нейтральний атом або негативно заряджену частинку:

Частинку (атом, молекулу або йон), яка приймає електрон, називають окисником, а частинку, яка віддає електрони — відновником. Окисник у процесі реакції відновлюється, а відновник — окиснюється.

При складанні електронного балансу можна дотримуватися такого алгоритму:

Обчислимо ступені окиснення всіх елементів:

Наступним етапом буде визначення найменшого спільного кратного для чисел відданих і прийнятих електронів. Для чисел 3 та 2 найменшим спільним кратним є число 6. Тепер, щоб ви значити коефіцієнт, на який необхідно помножити рівняння окиснення й відновлення, поділимо найменше спільне кратне на число електронів, які беруть участь у кожному рівнянні. У рівнянні відновлення беруть участь 3 електрони, отже, це рівняння треба помножити на 6:3=2. У рівнянні окиснення беруть участь 2 електрони, отже, його треба помножити на 6:2=3.