Класифікація хімічних реакцій

За типом перетворень

Хімічні реакції класифікуються за такими ознаками: 1) зміна або відсутність зміни кількості реактантів і продуктів реакції. За цією ознакою реакції поділяються на чотири основних типи:

- реакції сполучення — реакція, під час якої з двох або кількох речовин утворюється одна нова речовина.

- реакції розкладу — реакція, під час якої з однієї речовини утворюється дві або кілька нових речовин.

- реакції заміщення — реакція між простою і складною речовинами, у процесі якої атоми простої речовини заміщують атоми одного з елементів у складній речовині, внаслідок чого утворюються нова проста і нова складна речовини.

- реакції обміну — реакція, у процесі якої дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами.

Такий розподіл, або класифікація, реакцій на окремі групи полегшує їх вивчення, оскільки реакції тієї чи іншої групи чи типу мають ряд спільних ознак. Більшість хімічних реакцій, що відбуваються в природі і техніці, являють собою досить складний комплекс різнотипних реакцій.

Окрім того існують взаємодії, в яких утворені продукти є хімiчно iдентичними до реактантів, наприклад, бiмолекулярна реакцiя обмiну:

CH₃I + I^– →CH₃I + I^–

Такі реакції називають ідентичними або виродженими.

За зміною ступенів окиснення

Другою ознакою класифікації хімічних реакцій є зміна або відсутність зміни ступенів окиснення елементів, що входять до складу речовин, які реагують. За цією ознакою реакції поділяються на окисно-відновні та такі, які відбуваються без зміни ступенів окиснення елементів.

З точки зору електронної теорії валентності окисненням називається процес віддачі атомом, молекулою або іоном електронів, незалежно від того, бере кисень участь у реакції чи не бере. Процес приєднання атомом, молекулою або іоном електронів називається відновленням. Атом, молекула або іон, що віддає електрони, називаються відновником. Віддаючи електрони, сам відновник окиснюється. І навпаки, атом, молекула або іон, що приєднує електрони, називають окисником. Приєднуючи електрони, окисник відновлюється.

При окисно-відновних реакціях усі електрони, що втрачаються відновником, переходять до окисника. Тому загальна кількість електронів, відданих відновником, обов'язково повинно дорівнювати кількості електронів, приєднаних окисником. З цього виходить, що процеси окиснення і відновлення взаємно зв'язані і один без другого відбуватися не можуть. Кількість, відданих І приєднаних електронів знаходять за зміною валентності відповідних елементів. При цьому в рівняннях окисно-відновних реакцій над символами кожного елементу, що змінюють валентність, позначають їх валентність відповідною кількістю знаків плюс, мінус або нуль.

Прикладом окисно-відновної реакції є реакція окислення (розчинення) міді розбавленою нітратною кислотою:

Серед окисно-відновних реакцій виділяють:

1) реакції диспропорціонування (самоокиснення-самовідновлення):

3AuF → 2Au _(тв) + AuF₃

4KClO₃ → KCl + 3KClO₄

3K₂MnO₄ + 2H₂O → MnO₂ + 2KMnO₄ + 4KOH

2) реакції внутрішньомолекулярного окиснення-відновлення:

2Ag₂O → O_{2 (г)} + 4Ag_(тв)

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

(NH₄)₂Cr₂O₇ → N_{2 (г)} + Cr₂O₃ + 4H₂O

2AgNO₃ → 2Ag_(тв) + 2NO₂ + O₂

3) реакції міжмолекулярного окиснення-відновлення:

H_{2 (г)} + F_{2 (г)} → 2HF

KClO₄ + 4C_(тв) → KCl + 4CO

KClO₄ + 2C_(тв) → KCl + 2CO₂

3H₂S + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ → 3S_(тв) + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

3C_(тв) + 2KNO₃ + S_(тв) → 3CO₂ + N_{2 (г)} + K₂S

3As₂S₃ + 28KNO₃ + 4H₂O → 6H₃AsO₄ + 9H₂SO₄ + 28NO

За тепловим ефектом реакції

Наступною ознакою класифікації хімічних реакцій є виділення або поглинання енергії в процесі реакції. За цією ознакою реакції, що відбуваються з виділенням енергії (тепла), називаються екзотермічними. До них належить більшість хімічних реакцій. Наприклад, реакції сполучення заліза з сіркою, горіння магнію і фосфору в повітрі, гашення паленого вапна:

Fe + 2S → FeS₂

2Mg + О₂ → 2MgO

4Р + 5О₂ → 2Р₂О₅

CaO _(тв) + H₂O _(р) → Ca(ОН)₂ (T = 298,15 K, P = 101,325 кПа; ΔH = −63,7 кДж/моль)

4C₆H₅NH_{2 (р)} + 31O_{2 (г)} → 24CO_{2 (г)} + 14H₂O _(р) + 2N_2(г) (T = 298,15 K, P = 101,325 кПа; ΔH = −13 584 кДж/(4 моль C₆H₅NH₂))

Реакції, що відбуваються з вбираннями енергії (тепла), називаються ендотермічними. До них відносять, наприклад, реакції утворення монооксиду азоту при взаємодії азоту і кисню і дисульфіду вуглецю при взаємодії вуглецю і сірки при високих температурах:

C + 2S → CS₂

N_{2 (г)} + O_2(г) → 2NO_(г) (T = 298,15 K, P = 101,325 кПа; ΔH = +180,8 кДж/(2 моль NO))

Відповідно до цього хімічні сполуки, що утворюються з простих речовин з виділенням енергії, називаються екзотермічними, а сполуки, що утворюються із вбиранням енергії, — ендотермічними. Екзотермічні речовини мають менший запас енергії порівняно з вихідними речовинами, а ендотермічні, навпаки, більший. Екзотермічні речовини, як правило, досить стійкі, причому чим більше енергії виділяється при їх утворенні, тим вони стійкіші. Ендотермічні речовини, навпаки, мало стійкі і легко розкладаються. Тому ендотермічних речовин відносно мало.

За типом реактантів

За типом реактантів реакції поділяються на реакції галогенування (взаємодія з хлором, бромом тощо), гідрування (приєднання молекул водню), гідратації (приєднання молекул води), гідролізу, нітрування.

Наявність каталізатора

За цією ознакою реакції поділяються на каталітичні (які відбуваються тільки за наявності каталізатора) і некаталітичні (які відбуваються без нього).

За ступенем перетворення реактантів

За цією ознакою реакції поділяються на необоротні, коли реактанти повністю перетворюються на продукти реакції, та оборотні, які не доходять до кінця.