← Классификация химических реакций

Реакции соединения, разложения, замещения и обмена

Самый привычный признак: что во что превращается и сколько веществ участвует.

1. Типы реакций по количеству и составу участников

В зависимости от того, как меняется состав веществ в ходе превращения, выделяют две большие группы: процессы без изменения химического состава и процессы с изменением состава участников.

1.1. Превращения без изменения состава (A → B)

В неорганике к этой категории принадлежат аллотропные превращения — переход простого вещества из одной кристаллической формы в другую:

Sромбическая → Sмоноклинная

В органике аналогом служат изомеризационные превращения. При воздействии катализатора или внешних условий молекула перестраивается в другой структурный изомер без изменения брутто-формулы.

CH3–CH2–CH2–CH3 → CH3–CH(CH3)–CH3
превращение н-бутана в изобутан

Реакции соединения (A + B + ... → D)

При таких превращениях несколько исходных веществ объединяются в одно сложное соединение.

  • В неорганике: окисление простых веществ кислородом (горение), взаимодействие кислотных и основных оксидов и т.п.
  • В органике подобные процессы именуют реакциями присоединения: насыщение водородом (гидрирование), присоединение воды (гидратация), галогеноводородов, а также полимеризация.
2H2 + O2 → 2H2O
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
CaO + H2O → Ca(OH)2
SO3 + H2O → H2SO4
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
CH2=CH2 + H2 → C2H6
CH2=CH2 + H2O → C2H5OH
CH2=CH2 + Br2 → CH2Br–CH2Br

Реакции разложения (A → B + C + ...)

Здесь одно сложное вещество распадается на несколько более простых компонентов.

В органике различают:

  • Деструкция (крекинг) — разрыв углеродного скелета с образованием меньших молекул.
  • Элиминирование (отщепление) — удаление атомов или групп без разрушения основной цепи (дегидрирование, дегидратация и др.).
2H2O2 → 2H2O + O2↑
CaCO3 → CaO + CO2↑
2KClO3 → 2KCl + 3O2↑
Cu(OH)2 → CuO + H2O
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑
C10H22 → C5H10 + C5H12
C2H5OH → CH2=CH2 + H2O
C2H6 → CH2=CH2 + H2

Реакции замещения (AB + C → AC + B)

В таких процессах атом или функциональная группа одного соединения вытесняется атомом или группой другого вещества.

В неорганике: более активный элемент вытесняет менее активный из его соединений.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu↓
2KI + Cl2 → 2KCl + I2
2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3

В органике: один фрагмент молекулы замещается другой частицей.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr
C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O

Реакции обмена (AB + CD → AC + BD)

Два сложных соединения обмениваются составными частями, образуя новые продукты.

Сюда входят ионные взаимодействия в растворах, нейтрализация кислот основаниями и другие аналогичные процессы.

NaOH + HCl → NaCl + H2O
BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4

Вопрос 1: Сопоставление: Разложение

Проверка

Установите соответствие: выберите реакцию разложения, в результате которой образуются только сложные вещества: а) $KNO_3 \rightarrow$, б) $CaCO_3 \rightarrow$, в) $H_2O_2 \rightarrow$.

Ответ: б) $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$.

Пояснение: Разложение карбоната кальция дает два сложных оксида. Нитрат калия дает кислород (простое вещество), а пероксид водорода распадается на воду и кислород (простое).

Вопрос 2: Поиск реакций замещения

Проверка

Выберите все реакции замещения из предложенного списка: 1) $Fe + CuSO_4 \rightarrow$ 2) $NaOH + HCl \rightarrow$ 3) $CH_4 + Cl_2 \rightarrow$ 4) $C_2H_4 + H_2 \rightarrow$.

Ответ: 1 и 3.

Пояснение: Реакция железа с сульфатом меди — классическое замещение (простое вещество + сложное). Хлорирование алканов в органике также является реакцией радикального замещения. Нейтрализация (2) — обмен, гидрирование (4) — присоединение.